ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 1
WYKA
AD 2
1. Architektura systemu GSM:
a. stacje ruchome,
b. zespół stacji bazowych,
c. część komutacyjno-sieciowa,
d. zespół eksploatacji i utrzymania.
2. Stacje ruchome  parametry.
3. Stacje bazowe  parametry.
4. Numeracja.
5. Struktura sieci GSM.
6. Organizacja kanałów radiowych.
" GSM 900,
" GSM 1800,
" E-GSM,
" kanały fizyczne,
" kanały logiczne.
7. Efektywne gospodarowanie zasobami widmowymi:
" hopping częstotliwościowy,
" sterowanie mocą,
" nadawanie z wyprzedzeniem,
" transmisja przerywana,
" kodowanie mowy,
" przeplot,
" modulacja cyfrowa.
Ad.1.
stacje
zarządzanie
zespół stacji bazowych część komutacyjno-sieciowa
ruchome
systemem GSM
BTS
centrala
MS
sieci GSM
VLR
O
rejestr stacji
MSC
obcych
M
C
BCS
sterownik
stacji
bazowej
AuC
HLR
SC
IWF
centrum
centrala rejestr stacji centrum eksploatacji
moduł
tranzytowa własnych uwierzytelniania i utrzymania
usług
dodatkowych
do innych
systemów
interfejs
EIR
A-bis
rejestr
interfejs identyfikacji
interfejs
wyposażenia
radiowy
A
MS (Mobil Station)  stacja ruchoma
BTS (Base Transceiver Station)  stacja bazowa
ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 2
BSC (Base Station Controler)  sterownik stacji bazowych
MSC (Mobile Switching Centre)  centrala obszarowa
GMSC (Gateway Mobile Switching Centre)  centrala tranzytowa
IWF (InterWorking Functions)  moduł funkcji sprzęgających
HLR (Home Location Register)  rejestr macierzysty
VLR (Visitors Location Register)  rejestr gości
Auc (Authentication Centre)  centrum uwierzytelniania
EIR (Equipment Identity Register) - rejestr identyfikacji wyposażenia
OMC (Operation and Maintenance Centre)  centrum eksploatacji i utrzymania
STACJE RUCHOME
 interfejs abonenta z systemem GSM,
" przetwarzanie sygnału nadawanego i odbieranego (kodowanie i dekodo-
wanie mowy, kodowanie i dekodowanie kanałowe, przeplot, wzmacnia-
nie, filtracja),
" funkcje pomocnicze związane z transmisją (hopping częstotliwości, re-
gulacja mocy, pomiary jakości sygnału),
" funkcje interfejsu z użytkownikiem  do komunikowanie się z systemem
(funkcje firmowe),
" funkcje związane z transmisją danych (opcja).
STACJE BAZOWE
 interfejs pomiędzy połączeniem stałym do sterownika stacji bazowych a łą-
czem radiowym do stacji ruchomych
" wykrywanie zgłoszeń stacji ruchomych,
" przetwarzanie sygnału w obu kierunkach,
" szyfrowanie i deszyfrowanie sygnałów,
" przesyłanie wyników pomiarów własnych i stacji ruchomych do BSC,
" skakanie po częstotliwościach (synchronizacja z MS),
STEROWNIKI STACJI BAZOWYCH
 sterowanie kilkoma lub kilkudziesięcioma stacjami bazowymi
" konfiguracja i zarządzanie rozmownymi i sygnalizacyjnymi kanałami ra-
diowymi podległych stacji bazowych,
" sterowanie hoppingiem,
" zarządzanie procedurą szyfrowania transmisji radiowej,
" sterowanie mocą podległych BTS i MS,
" sterowanie przełączaniem kanałów,
" sprawdzanie stopy błędu w wolnych kanałach radiowych,
" kontrola stopy błędu i poziomu mocy sygnału w kanałach zajętych,
" komutacja łączy w celu koncentracji ruchu do centrali MSC,
" utrzymanie i nadzór połączeń między sterownikiem a stacjami bazowymi,
" realizacja protokołów sygnalizacyjnych w interfejsie A i A-bis.
ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 3
CZ
ŚĆ KOMUTACYJNO-SIECIOWA
 realizacja podstawowych funkcji komutacyjnych systemu GSM i współpraca z
innymi sieciami telekomunikacyjnymi,
 realizacja niektórych funkcji związanych z ruchem abonenta,
 przechowywanie informacji:
 o zarejestrowanych użytkownikach systemu,
 niezbędnych do zarządzania przemieszczaniem się abonentów,
 sprawdzanych w momencie identyfikacji i kontroli uprawnień
użytkownika.
CENTRALA OBSZAROWA (MSC)
" spełnia funkcje komutacyjne między abonentami systemu GSM lub
abonentem GSM i abonentem innych sieci.
CENTRALA TRANZYTOWA (GMSC)
" styk GSM z innymi systemami,
" moduł sprzęgający IWF  dopasowanie usług między systemami.
REJESTR MACIERZYSTY (HLR)
" przechowuje dane użytkowników:
międzynarodowy numer abonenta MSISDN,
międzynarodowy numer abonenta ruchomego MISI,
kategoria abonenta,
status abonenta,
lista usług
identyfikator użytkownika  klucz Ki,
aktualne położenie abonenta: adres centrali MSC.
REJESTR GOŚCI (VLR)
" lista abonentów znajdujących się na obszarze centrali MSC,
" dane bardziej szczegółowe niż w HLR; wystarczają do zestawienia
połączenia,
" przy przekroczeniu granicy nowego obszaru rejestr VLR żąda od
HLR danych stacji i wysyła mu info o nowym położeniu.
CENTRUM AUTORYZACJI (AuC)
" realizuje funkcje związane z bezpieczeństwem systemu,
" zawiera klucze szyfrujące, algorytmy szyfrowania, generator liczb
losowych.
REJESTR IDENTYFIKACJI WYPOSAŻENIA (EIR)
" baza danych służąca do identyfikacji stacji ruchomych,
" uprawnienia użytkownika związane z SIM,
" identyfikacja abonenta,
" identyfikacja terminala,
" blokowanie stacji, które nie uzyskały akceptacji.
CENTRUM EKSPLOATACJI I UTRZYMANIA (OMC)
" nadzór nad wszystkimi elementami systemu,
" jest połączone ze wszystkimi elementami z części komutacyjno-sieciowej,
" funkcje administracyjne:
ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 4
taryfikacja połączeń,
monitorowanie ruchu,
zarządzanie w przypadku uszkodzeń,
" zarządzanie rejestrem HLR.
Ad.2.
STACJE RUCHOME:
" typy stacji:
kieszonkowe,
przenośne,
przewoz
ne,
bezprzewodowe automaty wrzutowe,
bezprzewodowe centrale abonenckie PABX.
" parametry elektryczne:
klasy mocy,
GSM 900 GSM 1800
klasa moc typ moc typ
1 43 dBm przewoz
ne i przenośne 30 dBm kieszonkowe
2 39 dBm przewoz
ne i przenośne 34 dBm kieszonkowe
3 37 dBm kieszonkowe
4 33 dBm kieszonkowe
5 29 dBm kieszonkowe
regulacja mocy wypromieniowanej,
niepożądana emisja pozapasmowa,
stabilność częstotliwości,
dokładność modulacji,
zakres dynamiki.
Moduł identyfikacyjny użytkownika SIM:
" przechowywanie informacji zapisanych przez operatora i wykorzystywa-
nych w procedurach bezpieczeństwa,
" przechowywanie informacji bieżących definiowanych przez użytkownika i
przychodzących SMS,
" zabezpieczenie dostępu poprzez PIN,
" przechowywanie klucza identyfikacyjnego i algorytmów szyfrujących,
" numer MISI,
" numer TMSI,
" numer LAI,
" uprawnienia abonenta,
" lista skróconych numerów,
" SMS odebrane pod nieobecność abonenta,
" preferencje wyboru sieci GSM,
" kod dostępu PIN i kod odblokowania PUK.
ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 5
Ad.3.
STACJE BAZOWE:
" budowa stacji:
nadajniki sygnałów radiowych,
odbiorniki sygnałów radiowych,
anteny
układy przetwarzania sygnałów.
" parametry elektryczne:
klasy mocy,
Systemy podstawowe Systemy małokomórkowe
klasa GSM 900 GSM 1800 klasa GSM 900 GSM 1800
1 55 dBm 43 dBm M1 24 dBm 32 dBm
2 52 dBm 40 dBm M2 19 dBm 27 dBm
3 49 dBm 37 dBm M3 14 dBm 22 dBm
4 46 dBm 34 dBm
5 43 dBm -
6 40 dBm -
7 37 dBm -
8 34 dBm -
regulacja mocy wypromieniowanej,
niepożądana emisja pozapasmowa,
stabilność częstotliwości,
dokładność modulacji,
zakres dynamiki.
Ad.4.
" oddzielenie numeracji abonenta od numeracji usług i sprzętu,
" numer `" droga połączenia,
" różne numery dla usług,
" różne numery dla różnych grup użytkowników,
MSISDN  numer międzynarodowy abonenta sieci ISDN
MSISDN = kraj + operator + abonent
" numer katalogowy użytkownika,
" rozumiany w całej sieci,
" określa typ usługi dostępnej przez użytkownika, a nie terminal,
" w HLR numer MSISDN MISI,
" zgodny z numeracją w sieci ISDN.
IMSI  numer międzynarodowy abonenta ruchomego
IMSI = kraj + operator + abonent
" numer wewnętrzny w sieci,
" przydzielony przez operatora,
" używany wyłącznie wewnątrz sieci,
" zapisany w HLR, AuC, VLR i SIM,
" określa użytkownika, a nie jego terminal czy usługę.
ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 6
MSRN  numer chwilowy stacji ruchomej
MSRN = kraj + operator + abonent
" generowana przez VLR odpowiedz
za zapytanie z HLR o dokładne położe-
nie stacji (co do obszaru przywołań),
" potrzebny do zestawienia połączenia.
TMSI  tymczasowy numer abonenta ruchomego
" zakodowana wersja numeru MISI,
" przesyłany od BTS do MS w trakcie przywołania lub identyfikacji abo-
nenta,
" przydzielany podczas pierwszego zgłoszenia MS na danym obszarze
przywołań.
IDEI  międzynarodowy numer identyfikacyjny terminala
IMEI = model + producent + urządzenie + dodatkowe
" identyfikuje terminal,
" pozwala na śledzenie terminali, ich blokowanie i kontrolę dostępu,
" na stałe w terminalach i w EIR.
LAI  numer obszaru przywołań
LAI = kraj + operator + obszar przywołań
" używany do identyfikacji obszaru, w którym aktualnie znajduje się abo-
nent,
" ruch w obszarze - bez aktualizacji w VLR.
CGI  numer globalny komórki
CGI = kraj + operator + obszar przywołań + komórka
" pozwala na rozróżnianie komórek przez sieć w obrębie jednego obszaru
przywołań,
" rozpoznawanie odpowiadającego abonenta przez centralę,
" również cele taryfikacyjne.
BASIC  numer identyfikacyjny stacji bazowej
BSIC = kraj + grupa komórek
" używany przez MS do identyfikacji BS,
" wykluczanie BS o silniejszym sygnale, ale dalej położonych,
"  problemy graniczne .
ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 7
MSISDN:
- IMSI,
- adres VLR
IMSI:
- MSRN,
- TMSI,
3. IMSI
- LAI.
HLR
4. MSRN
VLR
2. MSISDN 5. MSRN
7. TMSI + LAI
Abonent B
CGI 1
MSC
GMSC
PTSN
8.
6. MSRN
BCS
1. MSISDN
Abonent A
CGI 2
Ad.5.
Struktura hierarchiczna:
" komórka,
" obszar przywołań,
" obszar centralowy,
" system GSM,
" sieć GSM.
komórka
obszar przywoławczy
obszar centralowy
system GSM
sieć GSM
ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 8
Ad.6.
GSM 900:
" kanały  w górę : 890-915 MHz,
" kanały  w dół : 935-960 MHz,
" częstotliwości nośne  w górę : (890 + 0,2�"i) MHz, i = 1, 2, & 124,
" częstotliwości nośne  w dół : (935 + 0,2�"i) MHz, i = 1, 2, & 124,
" odstęp dupleksowy 45 MHz,
" szerokość kanału 200 kHz,
" 124 kanały,
" ARFCN  numer kanału radiowego,
" w każdym kanale 8 szczelin czasowych.
100 kHZ
45 MHz
ARCFN:
1 2 3 ... 123 124 1 2 3 ... 123 124
890 915 935 960
200 kHZ
MHZ MHZ MHZ MHZ
25 MHz 25 MHz
kanały "w górę" kanały "w dół"
GSM 1800:
" mniejsze komórki,
" więcej kanałów: 374,
" kanały  w górę : 1710-1785 MHz,
" kanały  w dół : 1805-1880 MHz,
" częstotliwości nośne  w górę : (1710 + 0,2�"(i 511)) MHz, i = 512, 513,
& 885,
" częstotliwości nośne  w dół : (1805 + 0,2�"(i 511)) MHz, i = 512, 513, &
885,
" odstęp dupleksowy 95 MHz,
" szerokość kanału 200 kHz,
" ARFCN  numer kanału radiowego,
" w każdym kanale 8 szczelin czasowych.
100 kHZ
95 MHz
ARCFN:
512 513 514 ... 884 885 512 513 514 ... 884 885
1710 1785 1805 1880
200 kHZ
MHZ MHZ MHZ MHZ
75 MHz 75 MHz
kanały "w górę" kanały "w dół"
E GSM:
" zwiększona pojemność,
" dodano 50 kanałów (10 MHz),
" kanały  w górę : 880-915 MHz,
" kanały  w dół : 925-960 MHz,
ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 9
" kanały  podstawowe  jak w GSM 900,
" odstęp dupleksowy 95 MHz,
" szerokość kanału 200 kHz,
" ARFCN  numer kanału radiowego,
" w każdym kanale 8 szczelin czasowych.
Kanały fizyczne:
" każda częstotliwość  8 szczelin czasowych,
" czas trwania szczeliny  ok. 577 �s (15/26 ms),
" wielodostęp TDMA/FDMA,
" ramka TDMA = 8 szczelin czasowych 4,615 ms,
" częstotliwość powtarzania ramki: ok. 216,6 Hz,
" kanał fizyczny  ciąg szczelin czasowych o tym samym numerze na jed-
nej częstotliwości nośnej,
" przesunięcie numeracji szczelin na obu kierunkach transmisji,
" niejednoczesne nadawanie i odbiór sygnałów.
kanał fizyczny
5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2
ramka TDMA
Kanały logiczne:
" rozsiewcze,
" specjalne sygnalizacyjne,
" wspólne sygnalizacyjne.
Ad.7.
Hopping częstotliwości:
" nośna zmienia się w sposób pseudolosowy,
" sygnał zmodulowany ma charakter pseudoszumowy,
" sygnał odporny na zakłócenia,
" poprawia jakość transmisji,
" ogranicza wpływ zakłóceń wspólnokanałowych,
" opcjonalny dla komórek,
" MS musi posiadać możliwość realizacji FH,
" BSC przydziela grupę częstotliwości, algorytm zmian i jego numer,
" aspekty planowania: Cę!, D�!, częstsze powtarzanie częstotliwości.
Sterowanie mocą:
" MS: najmniejszy poziom umożliwiający łączność o wymaganej jakości,
" zmniejsza interferencje wspólno- i sąsiedniokanałowe,
" wydłużenie czasu pracy,
" regulacja krokowa: co 2 dB,
ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 10
" wymaga pomiarów jakości transmisji: BTS od MS, MS od BTS, decyzję
podejmuje BSC,
" pierwsze zgłoszenie MS  wstępny poziom mocy.
Nadawanie z wyprzedzeniem:
" przeciwdziała nakładaniu się szczelin czasowych,
" dla komórek o promieniu 35 km  wyprzedzenie = 0-233 �s.
MS 1
BTS
MS 2
t
MS 1 MS 1
MS 2 MS 2
BTS BTS
t
Transmisja przerywana:
" aktywność abonenta: 40-50% czasu trwania połączenia,
" podczas braku aktywności przesyła się mniej pakietów,
" algorytm rozróżniający stan aktywny.
transmisja ciągła
transmisja przerywana
480 ms
- ramka zawierająca szum
- ramka sygnału mowy
ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 11
Przetwarzanie sygnału mowy:
sygnał mowy sygnał mowy
cyfryzacja
dekodowanie mowy
i kodowanie mowy
kodowanie dekodowanie
kanałowe kanałowe
przeplot rozplot
szyfrowanie deszyfrowanie
modulacja demodulacja
Cyfryzacja i kodowanie mowy:
" proces wstępny:
konwersja A/C,
ograniczenie pasma do 4 kHz,
próbkowanie co 125 �"s,
kwantowanie w przetworniku 13 bitowym,
filtracja preemfazy  wzmocnienie składników wysokoczęsto-
tliwościowych,
podział na ramki sygnału mowy: 160 próbek = 20 ms.
" kodowanie z predykcją linową LPC:
ch-ka odwrotna do organu mowy,
maksymalne ograniczenie energii,
1 bit wyjściowy kombinacja liniowa 8 bitów poprzednich.
" kodowanie predykcyjne długoterminowe (LTP):
160 próbek 4 � 40 próbek, co czwarta próbka w bloku,
korelacja między blokami,
sygnał różnicowy (tzw. sygnał pobudzający) pomiędzy blo-
kami jest przesyłany dalej.
" analiza sygnału pobudzającego:
filtracja dolnoprzepustowa,
próbkowanie co trzeciej próbki sygnału pobudzającego.
Zysk kodowania mowy:
104 kb/s 13 kb/s
(160 próbek/20 ms) (260 bitów/20 ms)
ANNA KOZA
OWSKA " SYSTEMY TELEKOMUNIKACYJNE 12
Kodowanie kanałowe:
" zabezpieczenie transmitowanych informacji przed zakłóceniami wprowa-
dzanymi przez kanał transmisyjny,
" koder kanałowy dodaje bity do przesyłanego strumienia,
" dodatkowe bity służą do wykrywania i usuwania błędów.
Przeplot:
" przeciwdziała błędom paczkowym,
" bitowy lub blokowy,
" przeplot bitowy:  przemieszanie bitów w paczki 57 bitowe,
" przeplot blokowy: w 8 pakietach,
" wprowadza duże opóz
nienie (33 ms).
Modulacja:
" GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)  modulacja z fazą ciągłą,
" Modulacja określona w standardzie,
" przepływność sygnału na wejściu modulatora  270,8 kb/s,
" efektywność wykorzystania widma  1,35 b/s/Hz,
" układ modulatora i demodulatora zależne od producenta.