Telefonia komórkowa
dr inż. Jarosław M. Janiszewski
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
1
Historia telefonii komórkowej
Pionierskie lata 1921 - 1945
- dominacja wykorzystania radiotelefonii w zastosowaniach
militarnych i paramilitarnych;
- próby zmierzające do zbudowania nadajników radiowych o coraz
mniejszych rozmiarach i odpowiedniej mocy, które można by
instalować w samochodach;
- przełom technologiczny, m.in. zastosowanie modulacji FM .
Katastrofa "Tytanica (1912 r.)  przyspiesza rozwój
radiokomunikacji (najpierw AM).
1915-1916 Departament Obrony USA uruchomia projekt,
którego celem było opracowanie radiowego systemu
komunikacji głosem statek- statek i statek-brzeg.
W 1919 pierwsze eksperymentalne połączenie radiowe ze
statku na brzeg.
W 1929 radiotelefonię wprowadzono do komunikacji
głosowej z okrętami na Atlantyku (kosztowne, duże, duże
zapotrzebowanie na moc).
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
2
Historia telefonii komórkowej
Lata 20-te, Detroit, pionierski eksperyment, emisja
informacji przeznaczonych dla samochodów policyjnych.
" Nadawanie w jedną stronę (rozsiewcze), tzn. informacje były
odbierane, brak możliwości komunikacji zwrotnej.
" Po otrzymaniu informacji policjanci korzystali ze stacjonarnych
telefonów (sieci publicznej)  podobnie do dzisiejszych systemów
przywoławczych.
Problemy: zapewnienie właściwej czułości, stabilności
pracy oraz uzyskanie wymaganego zasięgu.
7 kwietnia 1928 r. system przekazywania informacji dla
policjantów (tylko w jedną stronę) został wdrożony do
codziennej eksploatacji - możliwe dzięki budowie
odbiorników superheterodynowych.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
3
Historia telefonii komórkowej
Początek lat 1930-tych - pierwsze systemy
łączności dwustronnej.
Problemy:
" zjawiska propagacyjne: zaniki, fluktuacje i zacienianie
(szczególnie w miastach  wpływ zabudowy)
" przerwy w łączności  tunel, most),
" niemożliwa manipulacja anteną w celu poprawy
odbieranego sygnału.
Do 1934 r. powstało w USA 194 miejskich
systemy łączności policyjnej i 58 systemów
stanowych, które współpracowały z 5 000 stacji
ruchomych zainstalowanych w samochodach.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
4
Historia telefonii komórkowej
Pierwszy kryzys w użytkowaniu widma -
powołanie FCC (ang. Federal Communications
Commission - Federalna Komisja
Telekomunikacyjna).
5 listopada 1935 - nowa technologia - modulacja
częstotliwości (FM)
" wykorzystano falę o długości 2,5 m - 110 MHz
" Edwin H. Armstrong - wynalazca tej techniki,
" redukcja szumów w porównaniu z modulacją typu AM.
Pierwszy system wykorzystujący modulację FM
został zastosowany na policji w w latach 1930-
tych, a od 1940 prawie wszystkie systemy
policyjne przeszły na pracę z modulacją FM.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
5
Historia telefonii komórkowej
Po II Wojnie Światowej rozwój radiotelefonii w zastosowaniach
cywilnych:
" redukcja zajmowanego pasma;
" wprowadzenie automatycznego ruchu międzymiastowego;
" zwiększanie pojemności systemów radiokomunikacyjnych.
Zastosowania: straż pożarna, leśna, energetyka, gazownictwo,
firmy transportowe i taksówki.
Liczba abonentów w USA
" 1940 r. - kilka tysięcy;
" 1948 r. - 86 000;
" 1958 r. - 695 000;
" 1963 r. - 1 400 000.
1946 r. - pierwszy radiotelefon komercyjny FM
" zasięg ok. 50 mil;
" miesięczny abonament - 15 USD;
" cena za minutę rozmowy 0,15 USD;
" pierwotnie obsługiwany przez operatora, który zestawiał połączenie;
" 1948 r. rozpoczął działanie system z automatycznym zestawianiem
połączeń.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
6
Historia telefonii komórkowej
W latach 1960-tych ograniczenie pasma
potrzebnego do transmisji głosu do 25 kHz.
Uruchomiono systemy wykorzystujące zakres 450
MHz, podzielony na kanały.
Kanały przydzielane różnym miastom (podobnie
jak to ma miejsce dla kanałów telewizyjnych).
Przestrzenna separacja częstotliwości -
wielokrotne stosowanie tych samych kanałów w
miejscach odpowiednio oddalonych od siebie.
Odległość koordynacyjna - odległość pomiędzy
stacjami wykorzystującymi tę samą częstotliwość.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
7
Historia telefonii komórkowej
Dynamiczny przydział kanałów.
" Pierwsze systemy - abonent ruchomy miał na stałe
przydzielone częstotliwości (jedna do nadawania,
druga do odbioru - duplex);
" W początkowej fazie tylko jedna częstotliwość
(simplex), co bardzo komplikowało sposób
komunikowania się;
" abonent musiał informować swojego rozmówcę, że kończy
nadawanie i przechodzi na odbiór.
" Skonstruowano systemy umożliwiające przydzielanie
abonentowi dowolnych kanałów z dostępnego zakresu
częstotliwości.
" Przydział kanałów dokonywany jest tylko na czas
trwania połączenia.
" Po zakończeniu połączenia kanały te mogą być
przydzielone innemu abonentowi systemu.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
8
Historia telefonii komórkowej
Dynamiczny przydział kanałów zwiększa pojemność
systemu.
" Przykład:
" Mamy do dyspozycji 20 kanałów, załóżmy że abonent rozmawia
przez 150 s na godzinę. Jeden kanał można przypisać 2 - 3
abonentom, co umożliwia obsługę ok. 50 abonentów. Natomiast w
systemie z dynamicznym przydziałem kanałów można obsłużyć ok.
420 abonentów (przy założeniu 10% blokowania).
" Efektywność systemów z dynamicznym przydziałem kanałów jest
dużo większa - można zapewnić obsługę większej liczby
abonentów - uzyskać większą pojemność systemu.
" Początkowo systemy z dynamicznym przydziałem kanałów były
obsługiwane przez operatora (sprawdzał zajętość kanałów -
włączał się w kanał i słuchał czy trwa tam rozmowa, decydował o
przydziale kanałów wolnych).
" W systemach następnej generacji automatyzowano proces
przestrajania się odbiornika. W przydzielonym kanale emitowano
specjalny ton, którego obecność powodowała przestrojenie się
odbiornika na taką częstotliwość.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
9
Historia telefonii komórkowej
Po 1965 r. - rozwinięte usługi telefonii ruchowej
(ang. IMTS - Improved Mobile Telephone Service)
" automatyczny przydział kanałów,
" bezpośrednie zestawianie połączeń (bez operatora),
" pełny duplex,
" organizacja systemu łączności radiotelefonicznej jak w
PSTN (ang. Public Switched Telephone Network),
" wykorzystanie wąskopasmowego kanału FM,
" dynamiczny przydział kanałów,
" automatyczne zestawianie połączeń,
" dobra (wysoka) jakość oferowanych usług.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
10
Zasada działania telefonii komórkowej
Pierwotnie zastosowano takie samo podejście jak do
rozsiewczych systemów radiowych i telewizyjnych.
" Budowa nadajników dużej mocy
umieszczonych na budynkach
czy wzniesieniach terenu
" Duże zasięgi - rzędu
kilkudziesięciu kilometrów,
" Zapewnienie łączności dużej
liczby użytkowników
wymaga - niemożliwe!
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
11
Zasada działania telefonii komórkowej
Podejście  komórkowe
" Zwielokrotnienie używanych
częstotliwości poprzez separację
przestrzenną.
" Obszar dzielony jest na mniejsze
podobszary obsługiwane przez
stacje o małej mocy.
" Użycie tych samych
częstotliwości w mniejszych
obszarach, nazywanych
komórkami, zwiększa
pojemność systemu.
" W rzeczywistości nie można
stosować dokładnie tych samych
częstotliwości w sąsiednich
komórkach - prowadzi to do
zakłóceń interferencyjnych
degradujących działanie systemu.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
12
Zasada działania telefonii komórkowej
Podejście  komórkowe c.d.
" Stosowany zakres częstotliwości
dzielony jest na kanały.
" Sasiednim komórkom mogą być
przydzielone kanały z
odpowiednim odstępem
częstotliwościowym -
eliminowane są zakłócenia
wewnątrzsystemowe.
" W odpowiednich odległościach
(odległościach
koordynacyjnych) można
ponownie użyć tych samych
częstotliwości, nie powodując
zakłóceń.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
13
Zasada działania telefonii komórkowej
Podejście  komórkowe  podział komórek
" Zwiększanie pojemności
systemu  podział na coraz
mniejsze komórki - mikro-
komórkami (ang. micro-
cell).
" Obecnie promienie mikro-
komórek to kilkaset
metrów.
" Stosowane w wielkich
aglomeracjach.
" Technika związana z
zastosowaniem komórek i
ich podziałem
zrewolucjonizowała
radiotelefonię.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
14
Zasada działania telefonii komórkowej
Przenoszenie rozmów (ang. hand-over, hand-off)
" Zdanie systemu telefonii komórkowej - zapewnienie przeniesienia z
komórki do komórki obsługi rozmowy będącej w toku.
" Proces ten zajmuje pewien czas
" w przypadku szybkiego poruszania się abonenta, np. samochodem
jadącym z prędkością 200 km/h, przy niewielkich rozmiarach
komórek może być nierealizowalny.
" Przenoszenie rozmowy z komórki do komórki następuje na podstawie
pomiaru jakości sygnału odbieranego z sąsiednich komórek.
" Bariera w zmniejszaniu wielkości komórek
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
15
Zasada działania telefonii komórkowej
Przenoszenie rozmów (ang. hand-over, hand-off)
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
16
Zasada działania telefonii komórkowej
Cechy charakteryzujące systemy
telefonii komórkowej:
" zastosowanie nadajników małej mocy,
małe obszary pokrycia (komórki);
" wielokrotne użycie tych samych
częstotliwości;
" podział na mniejsze komórki w celu
zwiększenia pojemności systemu;
" przenoszenie rozmów między
komórkami;
" centralne sterowanie;
" lokalizacja abonentów ruchomych;
" automatyczna regulacja mocy
nadajników stacji ruchomych.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
17
NMT 450  analogowy system telefonii
komórkowej
NMT -450
10 MHz
Kanał nr 1 Kanał nr 180 Kanał nr 1 Kanał nr 180
457,500 MHz 463,000 MHz 467,500 MHz
453,000 MHz
Kanały nadawcze Kanały odbiorcze
" 180 kanałów, odległość
stacji ruchomej stacji ruchomej
("w górę") ("w dół")
dupleksowa 10 MHz
" Szerokość kanału 25
NMT -450i
kHz (możliwe
10 MHz
stosowanie kanałów
Kanał nr 1 Kanał nr 180 Kanał nr 1 Kanał nr 180
połówkowych (12,5
kHz)
" Przesunięcie o 20
457,000 MHz 462,500 MHz 467,000 MHz
452,500 MHz
kanałów
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
18
NMT 450  analogowy system telefonii
komórkowej
Polska Telefonia Komórkowa
sp. z o.o.
MSC
1992 r. - Uruchomienie
sieci CENTERTEL
Architektura sieci
CENTERTEL
MSC
OMC
4 centrale obszarowe:Warszawa,
MSC
Katowice, Poznań, Gdańsk
1995 - objęcie zasięgiem 50%
powierzchni kraju, w tym
MSC
główne drogi
1997 r. - pokrycie całego kraju
z wyjątkiem nielicznych
MSC - centrala obszarowa
(Mobile Switching Centre)
obszarów zaakceptowanych
OMC - centrum utrzymania i zarządzania
(Operation and Maintenance Centre)
przez Ministra A
ączności
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
19
Rozwój systemu GSM
Data Wydarzenie
1982 Powołanie przez CEPT zespołu roboczego GSM (franc. Groupe Speciale Mobile) w
celu przygotowania ogólnoeuropejskiego standardu systemu ruchowego.
1987 Reprezentanci operatorów sieci telekomunikacyjnych z 12 krajów podpisali
porozummienie Memorandum of Understanding (MoU), które postawiło sobie
następujące cele:
- koordynacja wprowadzania standardu GSM w skali czasu
- planowanie wprowadzania usług
- Marszrutowanie , rozliczanie i koordynacja taryf
1989- 1992 Przekazanie prac standaryzacyjnych do ETSI. Powstają cztery podkomitety techniczne
SMG 1-4 (ang. Special Mobile Group). 1990 -przygotowany jest tymczasowy
standard (I-ETS - ang. Interim European Telecommunications Standars) a po jego
zatwierdzeniu ETS. GSM traktowany jest jako Global System for Mobile
Communications.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
20
Rozwój systemu GSM
Data Wydarzenie
1990 Specyfikacja GSM zastosowana zostaje do pasma 1800 MHz, dla cyfrowego systemu
komórkowego DCS 1800 (ang. Digital Cellular System) - zainicjowane przez Wielką
Brytanię z myślą o PCN (ang. Personal Communication Network)
1991 Zalecenia GSM składają się ze 130 dokumentów, razem ok. 5000 stron.
1991 Lipiec: Planowane przez MoU uruchomienie komercyjnego systemu w Europie,
opóz
nione do 1992 z powodu braku zatwierdzonych (zhomologowanych) terminali.
GSM - God Send Mobiles
1991 Paz
dziernik: Pokaz pilotowego systemu na targach TELECOM 91 w Genewie.
1992 Uruchomienie pierwszego komercyjnego systemu GSM w Europie. (God Has Sent
Mobiles).
1993 Koniec roku: 1 mln abonentów w sieciach GSM, z czego 80% w Niemczech.
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
21
Architektura systemu GSM
Stacje ruchome Zespół stacji bazowych Część komutacyjno-sieciowa Zarządzanie
systemem
Stacja
ruchoma
(MS)
Centrala
Stacja
obszarowa
bazowa
(MSC) VLR
(BTS)
Rejestr gości
Centrum
HLR
uwierzytelniania
Moduł
(AuC)
usług Rejestr macierzysty
Stacja
dodatk.
ruchoma
Sterownik
(SC)
(MS) Stacja
stacji
EIR
bazowa
bazowych
(BSC)
Centrala Rejestr identyfikacji wyposażenia
tranzytowa
(GMSC)
O
IWF
M
C
Do innych systemów
Stacja
telekomunikacyjnych
ruchoma
Centrum
(MS)
Stacja eksploatacji
bazowa i utrzymania
Um Interfejs
Interfejs
A
A-bis
MS - stacja ruchoma (ang. Mobile Station) HLR - rejestr macierzysty (ang. Home Location Register)
BTS - stacja bazowa (ang. Base Transceiver Station) VLR - rejestr goS
ci (ang. Visitors Location Register)
BSC - sterownik stacji bazowych (ang. Base Station AuC - centrum uwierzytelniania (ang. Authentication
Controler) Centre)
MSC - centala obszarowa (ang. Mobile Switching Centre) EIR - rejestr identyfikacji wyposażenia
GMSC - centrala tranzytowa (ang. Gateway Mobile Switching (ang. Equipment Identity Register)
Centre) OMC - centrum eksploatacji i utrzymania (ang. Operation and
IWF - moduł funkcji sprzęgających (ang. InterWorking Maintenance Centre)
Functions)
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
22
Struktura sieci GSM
Komórka - obszar obsługiwany przez
Sieć GSM
stację bazową.
System GSM
Obszar przywołań - (LA - ang.
Obszar centralowy
Location Area) - część obszaru
Obszar przywołań
centralowego wewnątrz którego nie
Komórka
trzeba uaktualniać danych o położeniu
(obszar do którego nadawana jest
informacja przywoławcza).
Obszar centralowy - (ang. MSC Service Area) - obszar
obsługiwany prze jedną centralę obszarową.
- rejestr HLR przechowuje informacje z dokładnością do obszaru centralowego
System GSM - (ang. PLMN Service Area) - obszar działania sieci
GSM administrowany przez jednego operatora.
Sieć GSM - (ang. GSM Network Area, GSM Service Area) - cały
obszar objęty zasięgiem usług systemu).
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
23
Struktura sieci GSM
System GSM
System GSM
Obszar centralowy
Obszar centralowy
LA2 LA1
LA1 LA2
MSC
MSC
GMSC
GMSC
MSC
MSC
LA2 LA1
LA1 LA2
Obszar centralowy
Obszar centralowy
Sieć GSM
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
24
GSM  organizacja kanałów radiowych
Pasmo 900 MHz
" kanały  w górę (MS BTS) - 890 - 915 MHz
" kanały  w dół (BTS MS) - 935 - 960 MHz
Odstęp dupleksowy 45 MHz
Szerokość kanału 200 kHz
124 kanały (100 kHz - pasmo ochronne)
" ARFCN (ang. Absolute Radio Frequency Channel Number) - numer kanału
radiowego)
W każdym kanale 8 szczelin czasowych
100 kHz
45 MHz
f
ARCFN:
1 2 3 . . . . . 123 124 1 2 3 . . . . . 123 124
915 960
890 200 935
MHz MHz
MHz kHz MHz
25 MHz 25 MHz
Kanały  w górę Kanały  w dół
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
25
Kanały radiowe dla systemu DCS 1800
(ang. Digital Cellular System)
Zasada działania taka jak GSM - mniejsze komórki
Pasmo 1800 MHz
" kanały  w górę (MS BTS) - 1710 - 1785 MHz
" kanały  w dół (BTS MS) - 1805 - 1880 MHz
Odstęp dupleksowy 95 MHz
Szerokość kanału 200 kHz
Większa liczba kanałów 374 (większa pojemność)
100 kHz
95 MHz
f
ARCFN:
512 513 514 . . . . . 884 885 512 513 514 . . . . . 884 885
1785 1880
1710 1805
200
MHz MHz
MHz MHz
kHz
75 MHz 75 MHz
Kanały  w górę Kanały  w dół
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
26
Kanały fizyczne w GSM
Na każdej częstotliwości 8 szczelin czasowych (0 - 7) - 8 abonentów
Wielodostęp TDMA/ FDMA(ang. Time Division Multiple Access/
Frequency Division Multiple Access)
Czas trwania szczeliny ok. 577 �s (15/26 ms)
Ramka TDMA - 8 szczelin czasowych (8 " 577 �s = 4,615 ms)
Kanał fizyczny - ciąg szczelin czasowych
Kanał fizyczny GSM
5 6 7 0 2 3 4 5 6 7 0 2 3 4 5 6 7 0 2 3 4
1 1 1
Szczelina
Ramka TDMA
czasowa
4,615 ms
577 �s
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
27
GSM - ramki wyższego rzędu
Liczniki [T1 - superramki (0 - 2047); T2 - wieloramki 26 (0 - 25); T3 -
wieloramki 51 (0 - 51)]
T1, T2, T3 - tworzą numer ramki TDMA transmitowany przez BTS w
kanale synchronizacyjnym
1 h ip e rra m k a = 2 0 4 8 s u p e rra m e k = 2 7 1 5 6 4 8 ra m e k T D M A = 3 h 2 8 m 5 3 s 7 6 0 m s
0 1 2 2 0 4 5 2 0 4 6 2 0 4 7
1 s u p e rra m k a (6 ,1 2 s )= 1 3 2 6 ra m e k T D M A
= 5 1 w ie lo ra m e k (k a ż d a p o 2 6 ra m e k T D M A )
lu b 2 6 w ie lo ra m e k (k a ż d a p o 5 1 ra m e k T D M A )
0 1 2 4 9 5 0 5 1
0 1 2 4 2 5
1 w ie lo ra m k a 1 w ie lo ra m k a
= 2 6 ra m e k T D M A = 1 2 0 m s = 5 1 ra m e k T D M A = 2 3 5 ,3 8 m s
0 1 2 3 2 4 2 5 0 1 4 9 5 0 5 1
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3
R a m k a T D M A 4 ,6 1 5 m s
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
28
GSM  kodowanie mowy
Wymagania postawione na etapie projektowania systemu
" niewielka przepływność zakodowanego strumienia binarnego, co
pozwala na efektywne wykorzystanie dostępnych zasobów radiowych
" jakość transmisji mowy w dobrych warunkach transmisyjnych
porównywalna z jakością uzyskiwaną w systemach analogowych w tych
samych warunkach
" ograniczanie transmisji w momentach, gdy abonent jest chwilowo
nieaktywny w czasie trwania połączenia
Przepływność
" 13 kb/s (ang. full-rate)
" 7,5 kb/s (ang. half-rate)
" ok. 5 razy mniej niż PCM
Realizacja
" Koder mowy (przepływność, jakość)- LPC-LTP-RPE (ang. Linear Prediction
Coding - Long Term Prediction - Regular Pulse Excitation)
" Wykrywanie aktywności abonenta (VAD - ang. Voice Activity Detection)
" Transmisja przerywana (DTX)
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
29
GSM - kodowanie mowy
Kodowanie PCM
KODER
Kodowanie metodą filtrów
Filtr F
KODER
Obliczanie
parametrów
filtru
Kodowanie mowy w GSM
Część filtrująca
" analiza mowy - parametry filtru
" mowa filtrowana w tym filtrze
- przesyłane
" parametry filtru
" sygnał po filtracji
- znacznie mniejsza przepływność niż PCM
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
30
GSM  przetwarzanie sygnału mowy
Sygnał mowy Sygnał mowy
Cyfryzacja Dekodowanie
i kodowanie mowy mowy
Kodowanie Dekodowanie
kanałowe kanałowe
Przeplot Rozplot
Szyfrowanie Rozszyfrowywanie
Modulacja Demodulacja
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
31
Zabezpieczenia w systemie GSM
Zabezpieczenie przed nieuprawnionym dostępem do usług
(uniemożliwienie korzystania z usług na koszt innego
abonenta)
Zabezpieczenie przed nieuprawnionym dostępem do
informacji (podsłuchiwanie rozmów, odczytywanie danych,
informacje o położeniu abonenta)
Zabezpieczenie przed użyciem nieuprawnionego sprzętu
(blokowanie terminali skradzionych, uszkodzonych,
niehomologowanych)
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
32
GSM - zabezpieczenie przed
nieuprawnionym dostępem do usług
Kanał
Elektroniczny podpis -
(1)
identyfikacja abonenta,
Abonent Centrum
Żądanie
A uwierzytelniania
uniemożliwiająca
wysłania
hasła
Klucz KA
innemu abonentowi
(2)
posłużenie się
Klucz KA
przechwyconą
(3)
informacją
Potwierzenie
Przesyłanie klucza
identyfikacji
abonenta A
niezakodowanego
" Abonent B przechwytuje
Podsłuch
klucz i może mieć dostęp
do usług na rachunek Abonent
B
abonenta A
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
33
GSM - zabezpieczenie przed
nieuprawnionym dostępem do usług
Kanał
Przesyłanie podpisu
(1)
Abonent Centrum
elektronicznego
Żądanie
A uwierzytelniania
podpisu i
Przechwycenie liczby y -
liczba x
Algorytm Algorytm
nie daje dostępu
" następna identyfikacja -
?
(2)
=
inny x1, inny y1
y
y: podpis
odpowiadający
" y, y1 -  elektroniczne
liczbie x
podpisy
(3)
Bez znajomości KA - Potwierzenie
identyfikacji
abonenta A
niemożliwy poprawny
 podpis
Podsłuch
Abonent
B
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
34
Procedury kryptograficzne stosowane w
systemie GSM
RAND KC SRES
Dla każdego abonenta w AuC generowane są:
Stacja ruchoma Centum
Rejestr stacji
MS uwierzytelniania AuC
macierzystych HLR
RAND RAND
SIM
RAND
Ki
Centrala MSC/VLR
SRES SRES SRES
Ki
równe ?
A3
KC KC
A8
Stacja bazowa
BTS
KC
Szyfrowanie
Szyfrowanie
Kanał radiowy
Dla każdego połączenia AuC generuje nowy zestaw
RAND, Kc, SRES
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
35
GSM - zabezpieczenie przed użyciem
nieuprawnionego sprzętu
Sprawdzanie uprawnień terminali  IMEI (ang. International
Mobile Equipment Identity)
Numer IMEI zapisany jest w rejestrze wyposażenia EIR oraz
w terminalu
Listy terminali w EIR
" lista biała, zawierająca numery seryjne wszystkich terminali zarejestrowanych w
krajach objętych systemem GSM
" lista szara, zawierająca numery seryjne terminali, wobec których operator rozważa
możliwość zablokowania, mogą to być np. terminale uszkodzone lub
niehomologowane
" lista czarna, zawierająca numery seryjne terminali zablokowanych (np. terminali
skradzionych)
Rejestr identyfikacji
wyposażenia abonenta
(1)
EIR
Żądanie
Stacja
Listy terminali:
Centrala IMEI
identyfikacji
ruchoma
biała szara czarna
(3)
terminala
-------- -------- --------
MS MSC -------- -------- --------
-------- -------- --------
IMEI (4)
-------- -------- --------
(2) Potwierdzenie
-------- -------- --------
identyfikacji
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
36
terminala
GSM  transmisja danych
Szybkość transmisji danych: do 9,6 kb/s
Szybkość transmisji danych: do 9,6 kb/s
(14,4 kb/s)
(14,4 kb/s)
Transmisja punkt-punkt w trybie komutacji
Transmisja punkt-punkt w trybie komutacji
kanałów
kanałów
Poprawa transmisji danych:
Poprawa transmisji danych:
" Minimalna modyfikacja systemu GSM
" Minimalna modyfikacja systemu GSM
" Zastosowanie komutacji pakietów
" Zastosowanie komutacji pakietów
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
37
HSCSD  High Speed Circuit Switched
HSCSD  High Speed Circuit Switched
Data
Data
Główna idea  zastosowanie kilku kanałów
Główna idea  zastosowanie kilku kanałów
rozmównych o pełnej szybkości do realizacji
rozmównych o pełnej szybkości do realizacji
jednego łącza
jednego łącza
Czyli teoretycznie: 8 x 9,6 kb/s = 76,8 kb/s
8 x 14,4 kb/s = 115,2 kb/s
W praktyce:
4 x 9,6 kb/s = 38,4 kb/s
4 x 14,4 kb/s = 57,6 kb/s
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
38
HSCSD  wady i zalety
HSCSD  wady i zalety
Nieefektywne i mało elastyczne
Nieefektywne i mało elastyczne
wykorzystanie łączy
wykorzystanie łączy
Sposób taryfikacji
Sposób taryfikacji
Potrzebny jest pewien czas na negocjację
Potrzebny jest pewien czas na negocjację
parametrów transmisji
parametrów transmisji
Korzystanie z aplikacji działających prawie
Korzystanie z aplikacji działających prawie
w czasie rzeczywistym ze stałą szybkością
w czasie rzeczywistym ze stałą szybkością
przesyłania informacji
przesyłania informacji
Małe koszty wprowadzenia usługi
Małe koszty wprowadzenia usługi
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
39
GPRS  General Packet Radio Service
GPRS  General Packet Radio Service
Główna idea  zastosowanie
Główna idea  zastosowanie
transmisji z komutacją pakietów;
transmisji z komutacją pakietów;
użytkownicy mogą współdzielić
użytkownicy mogą współdzielić
kanały fizyczne
kanały fizyczne
GPRS jest  nakładką na system
GPRS jest  nakładką na system
GSM; wykorzystuje wiele
GSM; wykorzystuje wiele
zasobów GSM
zasobów GSM
Sposoby kodowania w GPRS
Typ Prędkość w kb/s
CS-1 9,05 (72,4)
CS-2 13,4 (107,2)
CS-3 15,6 (124,8)
CS-4 21,4 (171,2)
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
40
GPRS  wady i zalety
GPRS  wady i zalety
Jednoczesna transmisja głosu i danych
Jednoczesna transmisja głosu i danych
Wygodny sposób naliczania opłat (Plus: 100kB
Wygodny sposób naliczania opłat (Plus: 100kB
-0,5 zł)
-0,5 zł)
Szybkie zestawienie połączenia
Szybkie zestawienie połączenia
Zasilanie terminali
Zasilanie terminali
Duże opóz
nienia: wymagana optymalizacja
Duże opóz
nienia: wymagana optymalizacja
protokołu TCP dla potrzeb GPRS
protokołu TCP dla potrzeb GPRS
Obecnie oferowane terminale pracują jedynie w
Obecnie oferowane terminale pracują jedynie w
trybach CS-1, CS-2
trybach CS-1, CS-2
Konieczność rozbudowy sieci
Konieczność rozbudowy sieci
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
41
EDGE  Enhanced Data Rate for GSM
EDGE  Enhanced Data Rate for GSM
Evolution
Evolution
Początkowo rozszerzenie GPRS
Początkowo rozszerzenie GPRS
Wprowadzono modulację 8-PSK
Wprowadzono modulację 8-PSK
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
42
EDGE  Enhanced Data Rate for
EDGE  Enhanced Data Rate for
GSM Evolution
GSM Evolution
Początkowo
Początkowo
rozszerzenie GPRS
rozszerzenie GPRS
Wprowadzono
Wprowadzono
modulację 8-PSK
modulację 8-PSK
Stosowanie przeskoków częstotliwości nośnych
Stosowanie przeskoków częstotliwości nośnych
(frequency hopping)
(frequency hopping)
Sterowanie jakością łącza
Sterowanie jakością łącza
Maksymalna szybkość transmisji: 384 kb/s
Maksymalna szybkość transmisji: 384 kb/s
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
43
Porównanie przepływności
Porównanie przepływności
384
473
400
350
300
250
171,2
200
150
64
100
57,6
9,6
50
0
ISDN GSM faza 1/2 HSCSD GPRS EDGE
J.M. Janiszewski - Wprowadzenie do teleinformatyki -telefonia komórkowa
44
Przepływno
ść
[kbit/s]