sistema gsm - trabajo sobre gsm
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Sistemas GSM
Rafael AlbarengaHernan Raviol
Sistemas GSM
Groupe Special Mobile – Global System for Global Communication (GSM)• Obtuvo un crecimiento sin precedentes a nivel mundial. Sin soporte de Redes Analógicas• Servicios:
- Roaming Internacional - Distinción entre la identificación de móvil y usuario- Calidad de voz mejorada - Seguridad Mejorada- Servicios Adicionales (SMS, Caller ID, etc )
Sistemas GSM: Celdas CDMA vs celdas GSM
Sistemas GSM
Bandas de Frecuencia • América: Banda 1900 MHz; Europa: Banda 900 MHz, 1800 MHz
Bandas GSM
•GSM 450 Band •GSM 480 Band •GSM 850 Band
•Standard or Primary GSM 900 Band, P GSM •E GSM (includes GSM 900 band) •Railways GSM 900 Band, R GSM
•DCS 1 800 Band •PCS 1 900 Band
Banda Celular
Sistemas GSM
Bandas de Frecuencia • GSM-R• Dual Band, Triple Band, Quad Band Phones
Dual Band:
• 900 MHz – 1800 MHz (Europa, Asia,Australia,Brazil)
• 850 MHz – 1900 MHz(North America, SouthAmérica)
Tri Band:
• 900, 1800, 1900 MHz (Europa, Asia,Australia,+ América)
• 850, 1900, 1800 MHz
• 850,1900, 2100 UMTS
Quad Band:
• 850-1900 MHz (America)
900-1800 MHz (Europa)• 850/1700/1900/2100
Para servicios UMTS HSDPA, HSUPA
Sistemas GSMBandas de Frecuencia
MovistarGSM 850, CHs: (128 – 251)PCS 1900, CHs (512 – 810)MCC+MNC= 716 – 06LAC = 4401 (Trujillo)CID = 30011 (Larco)
CELLGLID="716"-"06"-4401-30011
América MóvilesPCS 1900, CHs (512 – 810)MCC+MNC= 716 – 10LAC = 4001 (Trujillo)CID = 51132 (Larco)
CELLGLID="716"-"10"-4001-51132
Sistemas GSM: Banda Celular
Sistemas GSMBandas de Frecuencia: Bandas Celulares A y B
Sistemas GSM
Sistemas GSM Arquitectura Sistema GSM
Antenas celulares
Enlace Ramal Norte
Ramal Sur
backbone microondas
BSC + BTS
BTS
BTS
BTS
radio links microondas
Sistemas GSMArquitectura Sistema GSM
Sistemas GSMArquitectura Sistema GSM
Sistemas GSMCódigos Identificadores Sistema GSM
Sistemas GSM
Estación Móvil GSM
Sistemas GSMEstación Base (Base Transceiver Station)
Una BTS consta de dispositivos de:
•Transmisión•Recepción•Procesado de señal•Cifrado•Medición de Señal•Capacidad de 1 a 16 transceivers•Cada Transceiver corresponde a un canal de RF
Arquitectura Local: Estaciones Base
Rx
Rx
Tx
αβ
γ
1
2
3
α
β
γ
Estación Base
Estación Base + MSC autosoportada
Monopolo con plataforma
120º
Sistemas GSMEstación Base (Base Transceiver Station)
Radio Canales TRX
Unidades de control
banco baterías
UPAOSistemas GSMEstación Base
UPAOSistemas GSMEstación Base
Sistemas GSMAutenticación GSM• Se parte de una clave Ki (128 bits) almacenada tanto en la SIM como en el Centro de Autenticación (AuC)• Los algoritmos utilizados son A3 (clave autenticación) y A8 (cifrado de datos tx). Incluídos en la SIM•La implementación de los algoritmos A3-A8, también es conocida como COMP128
La Red GSM solicita IMSI
Tabla de Relación IMSI - Ki
Se genera Respuesta Firmada (32 bits)
Se genera Kc para Tx información
El móvil envía Respuesta Firmada
Se envía Nº aleatorioEl móvil opera el mismo
Algoritmo (128 bits)
AuC compara las respuestasAl coincidir se valida autenticación
Sistemas GSMRegistro de Identidad de Equipos
• Posee tres apartados• Lista Blanca: Equipos autorizados para el acceso• Lista Negra: Equipos que tienen prohibido el acceso ( Ej. Terminales robados)• Lista Gris: Lista de equipos que deben ser puestos en observación. Poseen un comportamiento anómalo
Sistemas GSM
Formas de Onda:• Pulso rectangulares
contienen muchos armónicos.
• Su ancho de banda debe de limitarse para aprovechar el ancho de banda del sistema.
• A mayor limitación en frecuencia más pronunciado es el “spreading”en el tiempo.
Filtros• Los pulsos digitales son
filtrados antes de entrar al modulador para reducir el ancho de banda de la señal modulada
• Con esto es inevitable que dejen de ser rectángulos.
• Se busca un compromiso entre Ancho de banda ↔ ISI
• El filtro mas usado es el Coseno cuadrado (“Raised-cosine”) junto con el filtro Gaussiano.
Modulación GSM: Introducción
Sistemas GSMModulación GSM: Introducción
Modulación FSK (Frecuency Shift Keying) Modulación MSK (Minimun Shift Keying)
• La modulación de tipo MSK es una variante de FSK, con la diferencia de no variar la fase durante la transmisión de dos bits consecutivos
• Se reduce el espectro de la señal MSK pasando la señal NRZ por un filtro Gaussiano antes de atacar el modulador MSK. • Método sencillo: Se puede generar GMSK aplicando la salida de un filtro Gaussiano-pasa.baja a un VCO (varactor) en un transmisor FM. • Se usa GMSK en GSM-DCS por:
- Buena eficiencia espectral 1,4 bps/Hz, pero menor que TDMA: 1.6 bps/Hz- Resistencia a la interferencia de canales y co-canal
Sistemas GSMModulación GMSK
Sistemas GPRS-EDGE
Aspectos Básicos de GPRS• El camino de evolución de la tecnología para GSM y los Operadores TDMA está marcado por el paso a través de
GPRS, y EDGE, aunque algunos operadores pueden optar para migrar directamente hacia UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).
• Las aplicaciones de datos están basados en Internet. Así el núcleo de red necesita ser Internet Protocol (IP)• Los formatos 3G utilizan un núcleo de red basado en IP sin la necesidad de inversiones adicionales.• Aún WCDMA hace uso de la arquitectura GPRS para sus servicios de datos.• Todas las tecnologías de alta velocidad soportan VoIP, de las cuales EDGE posee mayores ventajas
– Acceso TDMA: (Traffic Channels)– GSM divide cada radio canal en 8 time slots. La velocidad de los datos esta
determinada por la velocidad individual de cada time slot, y por el número de time slots usados
Identificación de Canales Red GSM
BTS
MóvilTS8
down link
up link
Traffic Channel
TCH
MóvilTS1
MóvilTS0
Canal 3
Canal 1Canal 2
Canal n
TS0
TS1
TS2
TS8 ...
Sistemas GPRS-EDGEAsignaciones de Slots
• Las asignaciones de slots GPRS and GSM son mostradas en un ejemplo en la figura.• Cualquier slot puede ser asignado hacia GSM o GPRS a menos que haya sido asignado
permanentemente, sin embargo una asignación dinámica es mucho mas eficiente.• Existen asignaciones híbridas permitiendo que algunos slots sean asignados a GSM y algunos a
GPRs basados en su necesidad. La voz siempre tiene preferencia, así GSM siempre tendrá la primera opción.
Situación Actual: Tecnologías Comunicaciones Móviles
EDGE / EGPRS: Enhanced Data Rate for GSM Evolution
DTM:Dual Transfer Mode
CS: Circuit SwitchedPS: Packet Switched
MBMS: Multimedia Broadcast Multicast Service
EDGE Ph2:Adaptative MultiRate Codec (AMR)
HSPA:High Speed Packet Access
3GPP:Third GenerationPartnership Project Evolución GSM3GPP2:Evolución CDMA
Rev A: 3.1 MbpsRev B: hasta 73 MbpsRev C: hasta 200 Mbps
Situación Actual: Convergencia con Redes de Próxima Generación
UTRAN:UMTS Terrestrial Radio Access Network
GERAN:GSM Edge Radio Access Network
HSCSDHigh Speed Circuit Switched Data
FDDFrequency Division Duplexing
TDDTime Division Duplexing
TD-SCDMATime Division-Synchronous CDMA
EDCH
CAMEL
IMSIP Multimedia Subsystem
SISTEMACDMA
Rafael AlbarengaHernan Raviol
Tecnologías de Acceso MúltipleInterferencia
AMPS, TDMA y GSM dependen de la distancia
de separación entre celdas para controlar
interferencia. Usuarios Co-canal y
Canal Adyacente se mantienen separados
Factor de reuso limita la interferencia
Tecnologías de Acceso MúltipleInterferencia CDMA
Todos los usuarios CDMA usan las misma frecuencia al mismo
tiempo. La interferencia proviene de usuarios
cercanos CDMA Distingue usuarios al asignarle diferentes códigos
Principios de CDMA
• CDMA utiliza muchos chips para representar un bit
• Cada usuario tiene secuencia de chips única
• Para recuperar un bit se integra la gran cantidad de chips recibidos con el patron de cada usuario
• Los patrones de chips de otros usuarios aparentan ruido aleatorio, y no afectan la detección
Codificación de Canal
Principios de CDMA
• Walsh Codes: (64 disponibles)– 64 chips de longitud – dura 1/19200 Seg– Ortogonales mutuamente
• PN Short codes: Se usa por pares (I + Q) – Longitud de 215 --- dura 26mS aprox
• Se genera en registro de desplazamiento (15 bits)
• PN Long Code: 1 disponible– Longitud de 242 --- se repita cada 40 dias
• Se genera en un registro de desplazamiento (42 bits)
Secuencias de ensanchamiento
Principios de CDMA
• CDMA combina 3 secuencias de ensanchamiento para crear un código único.
• En el receptor las secuencias se utilizan en el orden inverso que en el emisor
• Las 3 secuencias son generadas en ambos extremos y necesariamente no son utilizadas simultaneamente
Secuencias de ensanchamiento
Principios de CDMACodificación: Forward Channel
El canal se discrimina por:
• Frecuencia de portadora CDMA
• PN Offset unico del sector (short code)
• Còdigo Walsh único del usuario
Principios de CDMACodificación:
El canal se discrimina por:• Frecuencia de portadora.• PN Offset único del
móvil (long code)
Principios de CDMA
• Tecnologías tradicionales trnasminten la mayor cantidad de informacion sobre el menor ancho de banda
• CDMA utiliza secuencias de ensanchamiento para usar un ancho de banda mayor lo que se traduce en ganancia de procesamiento
Codificación de Canal
Características de CDMA (IS 95)Softer Handoff
• Cada sector tienen un PN offset y piloto diferentes• El móvil interpreta cada PN como independiente• Cuando multimples sectores dan servicio a una llamada
se habla de SOFTER HANDOFF• La llamada utiliza un solo canal en la celda• El móvil puede estar en cualquier combinación de soft y
softer handoff• El cambio de frecuencias de una celda a otra esta
definido y se conoce como Hard Handoff
Características de CDMA (IS 95)Estructura de Canales
• Canal Piloto (Wo)– Identificación Celda/Sector– Referencia de tiempo, fase, potencia– Identiicación de Candidatos a HandOff
• Canal de Sincronización (W32)– Sincronia, SID,NID, Version de ineterfaz de radio.
• Canal de Page (W2)– Puede haber hasta 7, según sea necesario– Asignacion de canal de tráfico– Busqueda de moviles.– SMS
• Canal de trafico– Transmision de voz o datos a un movil
Características de CDMA (IS 95)
CDMA: IS95
Espectro Banda Ancha
Reuso universalde frecuencias
Vocoder tasa Variable
Receptor Rastrillo(Rake Receiver)
Capa FísicaSegura
Capacidad suave(Control de Potencia)
Soft HandoffSofter Handoff
Características de CDMA (IS 95)Control de Potencia:
• La RB continuamente reduce la potencia de los usuarios en el Forward link
• Cuando el Móvil detecta errores en el forward link solicita mayor energía
• La RB incrementa la potencia de ese usuario y luego comeinza a disminuirla progresivamente de nuevo.
Características de CDMA (IS 95)Control de Potencia: Reverse
• Lazo Abierto: Móvil ajusta la potencia basado en la potencia de la señal recibida de la celda
• Lazo Cerrado: la celda indica +- 1dB @ 800Hz basado en mediciones de potencia en la celda
• Lazo Externo: La controladora detecta gran cantidad de errores (FER) y setea el punto minimo de potencia
Características de CDMA (IS 95)Rake Receiver (Rastrillo)
• En cada set de datos el móvil suma la salida de cada FINGER del receptor
• Cada finger puede decodificar un PN offset y Código Walsh
• Cada finger se sintoniza en diferentes reflexiones retardadas (multitrayecto) de la señal o celdas/sector
• SEARCHER continuamente chequea por pilotos disponibles (Wo)
Características de CDMA (IS 95)Soft Handoff y Softer Handoff
• Handoff es el paso de una celda a otra y es controlado por el móvil.
• El móvil chequea por pilotos disponibles y los comunica al sistema, el cual responde a que Celda/sector corresponde
• Un sector vecino es un PN distinto. SOFTER HO• El móvil asigna los FINGERS según le convenga• Cada lado del enlace selecciona la señal que mejor vea.• El cambio de frecuencias de una celda a otra esta
definido y se conoce como Hard Handoff
Evolución de CDMAOne (IS 95)
CDMA ONE Vs. CDMA 2000 1X
CO
NTR
OL
DE
PO
TE
NC
IA
CO
NS
UM
O D
E
EN
ER
GÍA
MS
CDMA ONE Vs. CDMA 2000 1X
CA
NA
LES
PIL
OTO
VE
LOC
IDA
DE
S
DE
DA
TO
S
Principios de CDMA
• Tecnologías tradicionales trnasminten la mayor cantidad de informacion sobre el menor ancho de banda
• CDMA utiliza secuencias de ensanchamiento para usar un ancho de banda mayor lo que se traduce en ganancia de procesamiento
Codificación de Canal
Características de CDMA (IS 95)Softer Handoff
• Cada sector tienen un PN offset y piloto diferentes• El móvil interpreta cada PN como independiente• Cuando multimples sectores dan servicio a una llamada
se habla de SOFTER HANDOFF• La llamada utiliza un solo canal en la celda• El móvil puede estar en cualquier combinación de soft y
softer handoff• El cambio de frecuencias de una celda a otra esta
definido y se conoce como Hard Handoff
FIN
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