Generacje systemów komórkowych
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Techniki transmisji informacji
" Komutacja łączy (kanałów)  najpierw jest
zestawiane połączenie (zajmowane zasoby
transmisyjne), a następnie realizowana jest
właściwa transmisja (wymiana informacji)
sieci 1G, 2G i 3G
" Komutacja pakietów  droga, którą przesyłane
są informacje nie jest wcześniej jednoznacznie
określona
sieci 2.5G, 3G i 4G
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
1
SYSTEMY 1G
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Systemy pierwszej generacji
" NTT (Nippon Telephone and Telegraph) - Japonia
" NMT (Nordic Mobile Telephone)  państwa
skandynawskie, Polska
" AMPS (Advanced Mobile Phone System) - USA
" TACS (Total Access Communication System) -
Wielka Brytania, Hiszpania, Irlandia
" C-Netz - Niemcy, Austria
" Radiocom 2000 - Francja
" RTMS - WÅ‚ochy
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
2
Cechy systemów 1G
" Systemy analogowe
" Wady:
 mała odporność na zakłócenia
 łatwość podsłuchu rozmów
 niedostatek transmisji danych
 mała pojemność systemów
 lokalna kompatybilność - brak roamingu
międzynarodowego
" Rozbudzenie zapotrzebowania abonentów na
bardziej zaawansowane usługi w systemie
komórkowym
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
System NMT
" NMT 450; NMT 900
" Częstotliwości (FDMA, FDD):
Pasmo stosowane w Polsce Pasmo stosowane w Polsce
Kanały  w górę Kanały  w dół
f
452,5 453 457 457,5 462,5 463 467 467,5
MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz MHz
Pasmo stosowane w Pasmo stosowane w
Skandynawii Skandynawii
" Szerokość kanałów - 25 kHz
(w sumie 180 kanałów)
" Odstęp kierunków transmisji - 10 MHz
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
3
System NMT
podstawowe parametry
" Modulacja analogowa FM o dewiacji 3 kHz
" Maksymalny promień komórki - 40 km
" Max moc stacji bazowej - 50 W
" Klasy mocy stacji ruchomej:
 przenośnej lub przewoz
nej - 15 / 1,5 / 0,15 W
 kieszonkowej - 1 / 0,1 W
" Numeracja - M1 M2 X1 X2 X3 X4 X5 X6
" Usługi
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Elementy systemu NMT
" MTX (Mobile Telephone eXchange)  centrala
systemu radiokomunikacyjnego - funkcje
komutacyjne i sterujÄ…ce w systemie
" BS (Base Station) - stacja bazowa - komunikacja
ze stacjami ruchomymi i nadzorowanie jakości
połączenia radiowego
" MS (Mobile Station) - stacja ruchoma
 home mobile
 roamer
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
4
Architektura systemu NMT
Sieć NMT
Obszar przywołań nr 1
BS1
Centrala Centrala
MTX 1
tranzytowa miejscowa
BS2
MS
Obszar przywołań nr 2
BS1
Centrala
międzynarodowa
MS
Obszar przywołań nr 3
BS1
Centrala Centrala
MTX 2
tranzytowa miejscowa
BS2
MS
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Rodzaje kanałów, sygnalizacja
" Kanał wywoławczy
" Kanały rozmówne
" Kanał dostępu (w systemie NMT 900)
" Kanał wywoławczo-rozmówny
" Sygnały sterujące
 w trybie analogowym
Określone tony w kanałach rozmównych.
 w trybie cyfrowym
Za pomocą modulacji FSK z przepływnością 1200 b/s,
bezpośrednio w kanale rozmównym, przerywając w tym
czasie sygnał abonenta. Ramki o długości 166 bitów.
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
5
Obszar centralowy 2
Obszar centralowy 1
SYSTEMY 2G
CHARAKTERYSTYKA STANDARDU GSM
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Systemy drugiej generacji
" IS -54, IS-136  Digital AMPS (D-AMPS, TDMA)
" IS-95 (cdmaOne)
" PDC (Personal Digital Cellular)
" GSM (Groupe Spéciale Mobile, Global System for
Mobile communications)
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
6
Cechy systemów 2G
" Systemy cyfrowe
" Zalety:
 Mniejsze zakłócenia  lepsza jakość transmisji
 Większe bezpieczeństwo
 Większa pojemność
 Cały szereg usług dodatkowych
 Roaming międzynarodowy (GSM)
 Transmisja danych
" Ogromna popularność
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Struktura przestrzenna sieci GSM
Sieć GSM
GSM Network Area
System GSM
PLMN Service Area
Obszar centralowy
MSC Service Area
Obszar przywołań
Location Area
komórka
Komórka
Cell
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
7
Architektura systemu GSM
OMS
MS BSS NSS
PSTN/
ISDN
MS - Mobile Station
BSS - Base Station Subsystem
NSS - Network and Switching
OMS - Operating and Maintenance Subsystem
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Architektura systemu GSM
NSS
NSS
OMS
AuC
EIR HLR
VLR
PSTN/
BSS
MSC GMSC
ISDN
Interfejs A
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
8
Centrala MSC
" Funkcje MSC (Mobile Switching Center)
 podstawowe funkcje komutacyjne  zestawianie,
nadzorowanie i likwidacja połączeń zarówno
wewnÄ…trz systemu GSM, jaki do innych sieci
 funkcje sterujÄ…ce  sterowanie ruchem,
sygnalizacja, taryfikacja
 moduł eksploatacji i utrzymania  kontrola
zajmowania i prawidłowej pracy łączy, zbieranie
danych do analiz statystycznych obrazujÄ…cych
pracÄ™ systemu
" GMSC (Gateway MSC)  umożliwia realizację
połączeń między abonentami systemu GSM, a
abonentami innych sieci telekomunikacyjnych
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Rejestr stacji własnych HLR
" HLR (Home Location Register)
centralna baza danych zawierajÄ…ca informacje
o abonentach zarejestrowanych w systemie.
Zawiera ona m.in.:
" numery abonenta: MSISDN, IMSI
" kategoriÄ™ oraz status abonenta
" listę dostępnych usług
" klucz identyfikacyjny
" aktualne położenie abonenta (identyfikator
rejestru VLR)
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
9
Rejestr stacji obcych VLR
" VLR (Visitors Location Register)
zawiera uaktualniane na bieżąco dane o stacjach
ruchomych w obszarze centralowym skojarzonym
z danym rejestrem. Dane te rejestr otrzymuje z
macierzystych rejestrów HLR poszczególnych
abonentów. VLR zawiera m.in.:
 stan terminala
 identyfikator obszaru przywołań LA, w którym
aktualnie znajduje siÄ™ stacja ruchoma
 numer katalogowy MSISDN
 adres macierzystego rejestru HLR abonenta
 kategoriÄ™ abonenta
 parametry procedur identyfikacji abonenta i
szyfrowania transmisji
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Rejestr identyfikacji użytkownika AuC
i wyposażenia EIR, SMSC
" AuC (Authentication Center)
 identyfikacja użytkowników
 szyfrowanie transmisji w kanale radiowym
" EIR (Equipment Identity Register)
 identyfikacja sprzętu abonenta na podstawie
numeru IMEI
" SMSC (Short Message Service Center)
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
10
Architektura systemu GSM
MSS - BSS
MS BSS
MS
BTS
OMS
SIM ME
NSS
Interfejs TRAU
BSC
SIM-ME
MS
BTS
Interfejs Interfejs Interfejs Interfejs A
radiowy A bis A ter
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Stacja ruchoma MS
" Funkcje ME (Mobile Equipment)
 obróbka sygnału nadawanego i odbieranego
 funkcje pomocnicze zwiÄ…zane z transmisjÄ…
 interfejs z użytkownikiem
 funkcje zwiÄ…zane z transmisjÄ… danych (opcjonalne)
" SIM (Subscriber Identity Module)
 przechowywanie informacji zapisanych
przez operatora oraz dotyczÄ…cych
bezpieczeństwa transmisji
 przechowywanie informacji bieżących
definiowanych przez użytkownika
i przychodzących wiadomości SMS
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
11
Klasy mocy stacji ruchomych
Klasa GSM 900 GSM 1800
1 20 W (43 dBm) 1 W (30 dBm)
2 8 W (39 dBm) 0,25 W (24 dBm)
3 5 W (37 dBm) -
4 2 W (33 dBm) -
5 0,8 W (29 dBm) -
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Stany stacji ruchomej
" Terminal wyłączony
SR nie uczestniczy w żadnych procedurach
systemu, nie wysyła ani nie odbiera żadnych
sygnałów. Terminal ma wyłączone zasilanie lub
znajduje się poza zasięgiem radiowym sieci.
" Stan czuwania
Terminal włączony, ale stacja ruchoma nie
uczestniczy w danej chwili w połączeniu. SR
czeka na sygnały przywoławcze oraz informuje
system o swoim aktualnym położeniu.
" Stan aktywny
Terminal włączony i stacja ruchoma uczestniczy
w danej chwili w połączeniu.
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
12
Dostępność i lokalizacja stacji
ruchomych w sieci
" Przechodzenie SR ze stanu wyłączonego do
włączonego
" Okresowe potwierdzenie stanu czuwania
 procedura uaktualniania informacji o położeniu
stacji ruchomej
" Zapewnienie ciągłości połączenia pomimo ruchu
abonenta  przełączanie (handover)
 na podstawie charakterystyki kanału (poziom
mocy sygnału odbieranego)
 w celu optymalizacji poziomu interferencji
 na podstawie pomiarów natężenia ruchu
(obciążenie komórek)
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Stacja bazowa BTS
" Funkcje BTS (Base Transceiver Station)
 wykrywanie zgłoszeń stacji ruchomych
 przetwarzanie sygnału w kierunku
nadawczym i odbiorczym
 szyfrowanie i rozszyfrowywanie
sygnałów
 przekazywanie wyników pomiarów
własnych oraz wyników otrzymywanych
od stacji ruchomych do sterownika BSC
 zapewnienie synchronizacji pomiędzy
stacjÄ… ruchomÄ… a stacjÄ… bazowÄ…
 http://mapa.btsearch.pl/
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
13
Instalacja anten
y
ródło: btsearch.pl
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Klasy mocy stacji bazowych
Klasa GSM 900 GSM 1800
1 320 W (55 dBm) 20 W (43 dBm)
2 160 W (52 dBm) 10 W (40 dBm)
3 80 W (49 dBm) 5 W (37 dBm)
4 40 W (46 dBm) 2,5 W (34 dBm)
5 20 W (43 dBm) -
6 10 W (40 dBm) -
7 5 W (37 dBm) -
8 2,5 W (34 dBm) -
M1 0,25 W (24 dBm) 1,6 W (32 dBm)
M2 0,08 W (19 dBm) 0,5 W (27 dBm)
M3 0,03 W (16 dBm) 0,16 W (22 dBm)
" Regulacja mocy
Stacja bazowa, podobnie jak stacja ruchoma, na polecenie sterownika
BSC może regulować moc swojego nadajnika w zakresie od wartości
maksymalnej dla swojej klasy do poziomu 13 dBm z krokiem co 2 dB.
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
14
Regulacja mocy - przykład
poziom mocy
[dBm]
2 W
33
20 dB
20 mW
13
120 240 1320 czas [ms]
Przykładowy przebieg zmian poziomu mocy nadajnika stacji ruchomej
klasy 4 przy nagłym przejściu z obszaru o głębokim zaniku sygnału
do obszaru o bardzo dobrych właściwościach propagacyjnych.
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Sterownik stacji bazowych BSC
" Funkcje BSC (Base Station Controller)
 konfiguracja i zarządzanie kanałami radiowymi
podległych mu stacji bazowych
 sterowanie skakaniem po częstotliwościach
 zarzÄ…dzanie szyfrowaniem transmisji
 przywoływanie stacji ruchomych
 sterowanie mocÄ… SB i SR
 sterowanie przełączaniem kanałów
 kontrola stopy błędów
 koncentracja ruchu do centrali MSC
 nadzór nad połączeniami pomiędzy BTS-ami a BSC
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
15
Moduł transkodera TRAU
" Funkcje TRAU (Transcoder / Rate Adaptation Unit)
 zmiana szybkości transmisji
 zmiana formatu przesyłania sygnałów mowy
BTS BSC TRAU MSC
VLR
Interfejs
kanały GSM
A
w Å‚Ä…czach PCM
kanały PCM
Interfejs Interfejs
A bis A ter BSS NSS
Kanał GSM  13 kb/s (dopełniany w multiplekserach SB i modułach
TRAU do przepływności 16 kb/s 16 kb/s x 4 = 64 kb/s)
Kanał PCM  64 kb/s (z kompresją wg krzywej typu A)
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Numeracja
Numery zwiÄ…zane z abonentem
" MSISDN - (Mobile Station International ISDN number)
międzynarodowy katalogowy numer abonenta
w formacie publicznej sieci telefonicznej (PSTN)
MSISDN = CC + NDC + SN
CC  Country Code (kod kraju) np. Polska = 48
NDC  National Destination Code (kod sieci GSM=operatora) np. 601, 602,...
SN  Subscriber Number (numer abonenta)
" IMSI - (International Mobile Subscriber Identity)
międzynarodowy numer karty SIM abonenta
trwale zapisany na karcie SIM
IMSI = MCC + MNC + MSIN
MCC  Mobile Country Code (komórkowy kod kraju) np. Polska = 260
MNC  Mobile Network Code (komórkowy kod sieci GSM=operatora) np. 02
MSIN  Mobile Subscriber Identification Number (numer karty SIM)
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
16
Numeracja
Numery zależne od położenia SR
" MSRN - (Mobile Station Roaming Number)
międzynarodowy katalogowy numer wyposażenia,
przydzielonego dla połączenia przychodzącego,
w centrali, w której obszarze znajduje się Abonent B
w formacie publicznej sieci telefonicznej (PSTN)
" TMSI - (Temporary Mobile Subscriber Identity)
chwilowy numer zastępujący IMSI (numer karty
SIM abonenta), w celu utajnienia IMSI w fazie
nawiązywania połączenia (przed szyfrowaniem)
 zależy od położenia i jest często zmieniany
 jest inny dla kolejnych połączeń tego samego
abonenta
 obowiązuje w obrębie danego obszaru przywołań
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Numeracja
Inne numery
" Numery związane z położeniem:
 LAI - (Location Area Identity) numer obszaru
przywołań
 CGI - (Cell Global Identity) globalny numer
komórki
 BSIC - (Base Station Identity Code) kod
identyfikacyjny stacji bazowej, tzw. kod kolorowy
" Numer zwiÄ…zany z terminalem:
 IMEI - (International Mobile Equipment Identity)
międzynarodowy numer identyfikacyjny terminala
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
17
Proces zestawiania połączenia
IMSI:
Abonent B
- MSRN
3 IMSI
MSISDN:
- TMSI
- IMSI
- LAI
HLR
- adres VLR
MSRN
MSISDN
MSRN
VLR
2 5 4
7
MSISDN
TMSI+LAI
6
GMSC MSC
BTS
MSRN
PSTN CGI 1
ISDN
BSC
8
1
BTS
CGI 2
Abonent A
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
System GSM
podstawowe parametry
" GSM 900, GSM 1800 (DCS), GSM 1900 (PCS)
" FDMA/TDMA, FDD
" Modulacja GMSK (Gaussian Minimum Shift
Keying) z parametrem BT = 0,3
" Czas transmisji 1 bitu ~3,69µs
" Maksymalny promień komórki - 35 km
" Maksymalna szybkość poruszania się stacji
ruchomej
 GSM 900  250 km/h
 GSM 1800  130 km/h
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
18
Plan kanałów radiowych
GSM 900
45 MHz
E-GSM Kanały  w górę E-GSM Kanały  w dół f [MHz]
890 915 925 935 960
880
25 MHz
1 2 3 4 5 ... 122123124
100 kHz 200 kHz 100 kHz
" KanaÅ‚y  w górÄ™ : fi = 890 + 0,2·i [MHz]
1 d" i d" 124
" KanaÅ‚y  w dół : fi = 935 + 0,2·i [MHz]
i = ARCFN (Absolute Radio Frequency Channel Number)
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Plan kanałów radiowych
GSM 1800
95 MHz
Kanały  w górę Kanały  w dół f [MHz]
1710 1785 1805 1880
75 MHz
1 2 3 4 5 ... 372373374
100 kHz 200 kHz 100 kHz
" KanaÅ‚y  w górÄ™ : fi = 1710 + 0,2·(i-511) [MHz]
" KanaÅ‚y  w dół : fi = 1805 + 0,2·(i-511) [MHz]
512 d" i d" 885
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
19
Liczba kanałów przyznanych operatorom
telefonii komórkowej w Polsce
y
ródło: btsearch.pl
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Kanały fizyczne
4,615 ms
7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4
H" 577 µs
" 8 szczelin czasowych tworzy ramkÄ™ TDMA
f 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3
1
2
Frequency hopping
3
" Baseband
4
" Synthetised
5
6
t
" Kanał fizyczny - ciąg cyklicznie powtarzających
się szczelin czasowo - częstotliwościowych
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
20
Transmisja impulsowa
Nadajnik pracuje tylko przez 13% czasu trwania ramki TDMA.
Włącza się i wyłącza z częstotliwością 216,6 Hz.
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Kanały fizyczne
nadawanie i odbiór
Kanały
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4
 w dół
Kanały
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4
 w górę
Przesunięcie
1,731 ms
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
21
Rodzaje pakietów (1)
" Pakiet podstawowy (normal burst)
TB Bity informacyjne SF Sekwencja treningowa SF Bity informacyjne TB GP
3 57 1 26 1 57 3
30 µs
148 bitów
577 µs
" Pakiet korekcji częstotliwości (frequency correction burst)
TB TB GP
Ciąg 142 bitów  0
3 3 8,25
577 µs
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Rodzaje pakietów (2)
" Pakiet synchronizacyjny (synchronization burst)
TB Bity informacyjne Sekwencja synchronizacyjna Bity informacyjne TB GP
3 39 64 39 3
30 µs
577 µs
" Pakiet dostępu (access burst)
TB Sekwencja treningowa Bity informacyjne TB GP
3 41 36 3
252 µs (68,25)
83 bity
577 µs
" Pakiet zastępczy (dummy burst)
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
22
Transmisja w kanałach fizycznych
4,615 ms
7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4
H" 577 µs
GP
dane
30 µs
Pakiet dostępu
GP
(access burst) dane
252 µs
577 µs
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Maksymalny zasięg
ograniczenie systemowe
252 µs
szczelina n szczelina n+1
SB
tSB
d = ½ × 252 µs × c H" 35 km
SR
szczelina n
tSR
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
23
d
[km]
Ograniczenie systemowe
modyfikacja dla strefy przybrzeżnej
252 µs + 577 µs = 829 µs
szczelina n szczelina n+1
SB
tSB
SR
szczelina n
tSR
d = ½ × 829 µs × c H" 120 km
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Struktura ramkowa
pakiet GP Szczelina czasowa 577 µs
Ramka podstawowa TDMA
... ...
0 n 7
4,615 ms
Wieloramka rozmówna
... ...
0 n 25
120 ms
Wieloramka sygnalizacyjna
... ...
0 n 50
235,38 ms
Struktury wyższego rzędu:
" Superramka; 6,12 s - 51 wieloramek rozmównych lub 26
wieloramek sygnalizacyjnych (1326 ramek TDMA)
" Hiperramka; ok. 3,5 h - 2048 superramek (2 715 648 ramek
TDMA)
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
24
d
[km]
Kanały logiczne
Kanały logiczne
Kanały
Kanały
sygnalizacyjne
rozmówne
Kanały Wspólne kanały Specjalne kanały Kanał rozmówny
rozsiewcze sygnalizacyjne sygnalizacyjne typu full-rate
BCH CCCH DCCH TCH/FR
Kanał rozmówny
FCCH SCH BCCH
typu half-rate
SDCCH SACCH FACCH
TCH/HR
PCH RACH AGCH
kombinacje sygnalizacyjne
kombinacje rozmówne
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Rozmieszczenie kanałów logicznych
w kanałach fizycznych
" 7 ściśle określonych kombinacji
" Każda kombinacja kanałów logicznych wymaga jednego
kanału fizycznego
" Zapis uproszczony kanału fizycznego:
Ramka nr 0 Ramka nr 1 Ramka nr 2 Ramka nr 25
.....
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 24 25
...
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
25
Kombinacje rozmieszczenia kanałów
logicznych w kanałach fizycznych
Numer
Kanały logiczne
kombinacji
I TCH/FR + FACCH/FR + SACCH/FR
II TCH/HR(0,1) + FACCH/HR(0,1) + SACCH/HR(0,1)
TCH/HR(0) + FACCH/HR(0) + SACCH/HR(0) +
III
TCH/HR(1) + FACCH/HR(1) + SACCH/HR(1)
IV FCCH + SCH + CCCH + BCCH
V FCCH + SCH + CCCH + BCCH + SDCCH/4 + SACCH/4
VI CCCH + BCCH
VII SDCCH/8 + SACCH/8
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Kombinacje logicznych kanałów
rozmównych
" Kombinacja I
T T T T T S T T T I
.. ..
0 1 2 3 11 12 13 23 24 25
. .
T  TCH/FR, S  SACCH, I  pusta szczelina
" Kombinacja II i III
T t/I T t/I t/I S T T t/I s/I
.. ..
0 1 2 3 11 12 13 23 24 25
. .
T  TCH/HR0, S  SACCH0, t  TCH/HR1, s  SACCH1
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
26
Przykładowe plany transmisji
F1
Kanały
Kanały logiczne
fizyczne
" Komórka obsługująca
0
Kombinacja V
mały ruch
1
Kombinacja I
2
Kombinacja I
3
Kombinacja I
4
Kombinacja I
5
Kombinacja I
6
Kombinacja I
7
Kombinacja I
" Komórka obsługująca duży ruch
F1 F2 F3 F4
0
Kombinacja IV Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I
1
Kombinacja VII Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I
2
Kombinacja VI Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I
3
Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I
4
Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I
5
Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I
6
Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I
7
Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I Kombinacja I
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Przykładowe procedury systemowe
wykorzystujące kanały logiczne
" WÅ‚Ä…czanie siÄ™ stacji ruchomej do systemu
FCCH, SCH, BCCH
" Uaktualnianie informacji o położeniu stacji
ruchomej (VLR, HLR)
RACH, AGCH, SDCCH
" Zestawianie połączenia do stacji ruchomej
PCH, RACH, AGCH, SDCCH, FACCH, TCH
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
27
Procedura zestawiania połączenia
do stacji ruchomej
MS BTS
PCH Przywołanie MS; zawiera nr MS
RACH Żądanie przydziału kanału sygnalizacyjnego
SDCCH
AGCH Przydział kanału sygnalizacyjnego SDCCH
SDCCH Odpowiedz
na przywołanie, transmitowana
w przydzielonym kanale
SDCCH Żądanie sprawdzenia autentyczności
użytkownika; zawiera parametr RAND
SDCCH Odpowiedz
MS; zawiera parametr SRES
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Procedura zestawiania połączenia
do stacji ruchomej
MS BTS
SDCCH Polecenie zmiany trybu pracy na tryb
z szyfrowaniem transmisji
SDCCH Potwierdzenie zmiany trybu
SDCCH Informacja o zestawianym połączeniu
SDCCH Potwierdzenie
SDCCH Przydział kanału rozmównego
FACCH Potwierdzenie
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
28
Procedura zestawiania połączenia
do stacji ruchomej
MS BTS
FACCH Sygnał wołania do abonenta ruchomego
FACCH Informacja o zgłoszeniu się abonenta
wywoływanego
FACCH Przyjęcie wiadomości o zgłoszeniu
TCH Wymiana informacji rozmównych
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
System telekomunikacyjny
- schemat blokowy
Strona Strona
Kompresja,
nadawcza odbiorcza
zagęszczanie,
szyfrowanie
y
ródło
Ujście
informacji
informacji
Wprowadzenie
redundancji np. FEC
Koder
Dekoder
z
ródła
z
ródła
Przekształcenie
Koder
Dekoder
sygnału cyfrowego do
kanałowy
kanałowy
postaci analogowej
Modulator
Demodulator
Kanał
transmisyjny
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
29
Przetwarzanie sygnału mowy w GSM
Cyfryzacja Dekodowanie
i kodowanie mowy mowy
13 kb/s
Kodowanie Dekodowanie
kanałowe kanałowe
22,8 kb/s
Przeplot Rozplot
Szyfrowanie Rozszyfrowywanie
270,8 kbaud/s
Modulacja Demodulacja
· = 1,35 b/s/Hz
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Kodowanie mowy
Sygnał analogowy
Filtr wejściowy ograniczający pasmo sygnału
FDP
do 4 kHz
4 kHz
BB
Próbkowanie sygnału z częstotliwością 8 kHz
A/C
Co 125 µs pojawiajÄ… siÄ™ 13 bitowe próbki sygnaÅ‚u
8 kHz
8000 próbek/s × 13 bitów/próbkÄ™ = 104 kbit/s
104 kb/s
Blok układów kompresji sygnału  kompresja 8x
LPC (Linear Predictive Coding) kodowanie z predykcjÄ… liniowÄ…
LPC, LTP, RPE
LTP (Long Term Prediction) kodowanie z predykcją długoterminową
RTE (Regular Pulse Excitation) analiza sygnału pobudzającego
13 kb/s = 8,8 kb/s + 4,2 kb/s
Każdemu fragmentowi sygnału mowy o dł. 20 ms odpowiada na wyjściu
kodera ramka sygnału mowy o dł. 260 bitów.
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
30
Kodowanie kanałowe
260 bitów; sygnał mowy o dł. 20 ms
50 bitów 132 bity 78 bitów
Koder
blokowy
53 bity 132 bity 0000
Koder splotowy
378 bitów 78 bitów
456 zakodowanych bitów
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Wyjście kodera kanałowego
Koder mowy generuje 50 ramek/s, każda o długości
260 bitów.
Na wyjściu kodera kanałowego przepływność strumienia
binarnego wynosi:
50 ramek/s × 456 bitów/ramkÄ™ = 22.8 kb/s
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
31
Przeplot I
I  przeplot bitowy, wierszowo - kolumnowy
20 ms fragmenty sygnału mowy (po 456 bitów) dzielone są
na 8 części 456 bitów / 8 = 57 bitów
Pakiet podstawowy
Bity Sekwencja Bity
TB SF SF TB GP
informacyjne treningowa informacyjne
3 1 1 3 8,25
57 26 57
1, 9, 17, ..., 449 2, 10, 18, ..., 450 i
3, 11, 19, ..., 451 4, 12, 20, ..., 452 i+1
5, 13, 21, ..., 453 6, 14, 22, ..., 454 i+2
7, 15, 23, ..., 455 8, 16, 24, ..., 456 i+3
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Przeplot II
II  przeplot blokowy
Pakiety w kanale rozmównym TCH/FS
... ...
577 µs
7 × 4,615 ms + 0,577 ms = 32,822 ms
(i-1)-sza ramka sygnału mowy
i-ta ramka sygnału mowy
(i+1)-sza ramka sygnału mowy
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
32
Modulacja
Q
GMSK (Gaussian Minimum Shift
Keying) z parametrem BT = 0,3
+½Ä„
 0
-½Ä„ binarne kluczowanie czÄ™stotliwoÅ›ci z gaussowskim
I
kształtowaniem impulsów
 1
Przepływność ciągu bitów na wejściu
modulatora:
26 ramek TDMA ( 51 ramek TDMA) 8 szczelin 156,25 bitów kbit
x x
=270,83
120 ms 235,38 ms ramka TDMA szczelina s
Jest to modulacja binarna, zatem na wyjściu modulatora
szybkość modulacji wynosi: 270,83 kbaud/s
270 kbaud bit / s
Współczynnik wykorzystania pasma: · = =1,354
200 kHz Hz
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Efektywne wykorzystanie zasobów
radiowych w systemach 2G
" Kodowanie mowy, modulacja cyfrowa 
HF/FR/EFR, GMSK
" Skakanie po częstotliwościach  zmniejszenie
interferencji współkanałowych, zwiększenie
odporności na zaniki
" Regulacja mocy  zmniejszenie poziomu mocy
sygnałów radiowych w kanale
" Nadawanie z wyprzedzeniem (timing advance)
 lepsze wykorzystanie szczeliny czasowej,
zmniejszenie odstępów ochronnych
" Transmisja/odbiór przerywany DTX/DRX
(discontinuous transmission/reception) 
ograniczenie transmisji/odbioru sygnału w chwilach
gdy abonent jest nieaktywny
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
33
Transmisja przerywana DTX
Transmisja ciągła
Transmisja przerywana (DTX)
480 ms
Ramki sygnału mowy; abonent aktywny / nieaktywny
Ramki SID (SIlence Descriptor frames) zawierajÄ…ce parametry
szumu tła
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
Transmisja danych w systemie GSM
" CSD (Circuit Switched Data)  transmisja danych
z komutacją kanałów
" HR
 4,8 kb/s
 2,4 kb/s
" FR
 9,6 kb/s
 4,8 kb/s
 2,4 kb/s
" EFR
 14,4 kb/s (kodowanie protekcyjne
o większej sprawności)
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
34
Usługi
Faza 1 i 2:
" Transmisja sygn. mowy
" Usługi dodatkowe: przekazywanie rozmów,
wyświetlanie numeru, blokowanie wskazanych
numerów... itd.
" Wolna transmisja danych 9600 b/s
" SMS (Short Message Service)
Faza 2+:
" HSCSD
" GPRS
" CAMEL
" EDGE
© MichaÅ‚ WÄ…growski
© MichaÅ‚ WÄ…growski
35