Mobil távközlő rendszerek alapjai. A GSM rendszer

TERVEZET!

Mobil távközlő rendszerek alapjai 3. rész

A GSM rendszer dr Kolos Tibor Széchenyi István Egyetem GYÕR 2007 tavaszi félév

Mobil távközlő rendszerek (TA57)

1

Tartalom • • • • • •

GSM története dióhéjban GSM ajánlások GSM hálózat felépítése Rádió interfész Fizikai és logikai csatornák GMSK moduláció

2007 tavaszi félév


2

A GSM története



3

Előzmények Nyilvános mobil telefon szolgáltatás a ’80-as években: – 1G analóg cella rendszerű hálózatok (FDMA-FM) – Az előfizetői szám gyors emelkedése – Új igények • • • •

Nem beszédtípusú szolgáltatásokra Hatékony titkosításra Európai roamingra Alacsony készülék- és szolgáltatás árakra

– Elhatározás egy új, európai, közös mobil telefon szabvány kidolgozására 2007 tavaszi félév


4

A GSM története (1) • 1982: a CEPT munkacsoportot alakít: – Groupe Spécial Mobile

GSM

• Az eldöntendő kérdés: az új rendszer – továbbfejlesztett analóg, vagy – új, digitális legyen?



5

A GSM története (2) • 1987: az ajánlott rendszer sikeres bemutatója Párizsban • 1987: egyezmény az új rendszer műszaki jellemzőiről • digitális, • keskenysávú TDMA csatorna hozzáférést biztosít, • beszédkódolót alkalmaz

• 1987: GSM MoU – 13 ország aláírja • 1989: működőképes prototípus • 1989: GSM munkacsoport az ETSI egyik bizottságává válik • ETSI= European Telecommunications Standards Institute 2007 tavaszi félév


6

A GSM története (3) • 1982: A CEPT megalakítja a GSM munkacsoportot • 1992: Kereskedelmi GSM szolgáltatás indul Európában • 1993: A GSM rövidítés új kifejtése: – Global System for Mobile Communications • Gigantic Software Monster (!!!!!) or God has Sent Mobile)

• 1993: Első DCS (GSM) 1800 rendszer • 1993: Konferencia a GSM fejlődéséről az UMTS felé • 1994: GSM rendszer indulása Magyarországon (2 szolgáltatóval: Westel 900 + Pannon GSM) • 2006 Q2: ~2000 Millió GSM előfizető a világon!!! 2007 tavaszi félév


7

GSM ajánlások



8

Szabványosítási munka ETSI – European Telecommunications Standards Institute – Független, nonprofit szervezet – Feladata: szabványok létrehozása a jelen és a jövő távközlő rendszerei számára – Szabványok ingyenes letöltése: http://etsi.org



9

GSM ajánlások (1) GSM specifikációk csak hálózati funkciókat írnak le! • GSM 01

Általános leírás (tartalom!)

• GSM 05 • GSM 06

A rádiós útvonal fizikai rétege Beszédkódolás

• GSM 12

Üzemfenntartás



10

GSM ajánlások (2) Példa: ETSI TS 101 622 V6.0.1 (2001-02) Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); General description of a GSM Public Land Mobile Network (PLMN) GSM 01.02 version 6.0.1 Release 1997 Letölthető: 2007 tavaszi félév

www.etsi.com Mobil távközlő rendszerek (TA57)

11

GSM működési követelményei • Jó minőségű beszédátvitel; • Nagy spektrumhatékonyság; • Önálló, de együttműködő rendszerek különböző országokban (szabványosítás!); • Rendszerek közötti roaming; • Integrálódás az ISDN-el; • Titkosság; • További távközlési lehetőségek (SMS, fax., adatátvitel….); • Alacsony ár. 2007 tavaszi félév


12

GSM szolgáltatások (1) • Alapszolgáltatások (Basic Services): – Hordozó szolgáltatások (Bearer Services) • aszinkron adatátvitel, szinkron adatátvitel, csomagkapcsolt hozzáférés

– Távszolgáltatások (Teleservices) • Telefónia (beszédátvitel), vészhívás, SMS, Telefax

• Kiegészítő szolgáltatások (Supplementary Services) • Hívásátirányítás, hívásvárakoztatás, konferencia beszélgetés, stb…, 2007 tavaszi félév


13

GSM szolgáltatások (2) TE

GSM PLMN

Transmit network

Terminating network

TE

Bearer services Teleservices TE = Terminal Equipment 2007 tavaszi félév


14

A GSM rendszer felépítése



15

A GSM rendszer felépítése (1) Air

MS

Abis

A

BSS

PSTN ISDN PDN

SMSS

OMSS 2007 tavaszi félév


16

GSM hálózat alrendszerei (1) • Mobil állomások (Mobile Stations (MS)) • Bázisállomási alrendszer (Base Station System (BSS)) – Az OSI fizikai réteg funkcióit valósítja meg • •

Forgalmi csatornák Jelzésátviteli csatornák



17

GSM hálózat alrendszerei (2) • Kapcsoló alrendszer (Switching and Management Subsystem (SMSS) – Jelzésátvieli protokollok menedzselése, az alábbi célokra: • Hívások felépítése és bontása • Mobilitás menedzselése



18

GSM hálózat alrendszerei (3) • Üzemfenntartási alrendszer (Operation and Maintenance Subsystem (OMSS)) – Funkciói • Titkosítás (!?!) • Távfelügyelet, távellenőrzés • Minőség-ellenőrzés, számlázás



19

Emlékeztető!

A GSM rendszer felépítése (1)

Um

MS

Abis

A

BSS

PSTN ISDN PDN

SMSS



20

Mobil állomás (MS) • SIM kártya – Subscriber Identity Module (SIM)

• Mobil készülék – Mobile Equipment (ME)

+ ME 2007 tavaszi félév

SIM

= MS


21

A GSM rendszer felépítése (2) Abis

Um

A

PSTN ISDN PDN

BSC BSC …. BSC BTS-s

MS

BSS

SMSS



22

Bázisállomási alrendszer (BSS) • Feladata: – A mobil állomásokkal való kommunikáció

• Helye: az MSC és mobil állomás (MS) között • Interfészek: A és Um (Air-, Radio-, LAPDm interface) • Berendezései: – Bázisállomás vezérlő (Base Station Controller (BSC)) • Feladata: a bázisállomások (BTS-ek) vezérlése

– Bázisállomás (Base Transceiver Station (BTS)) • Feladata: RF kapcsolat >>TRX [+ Transcoder (TC) (!!!)]



23


Um

PSTN ISDN PDN

A EIR VLR

BSC BSC

MSC GCR

…. BSC

HLR AUC VLR

MSC

BTS-s

MS

BSS

SMSS



24

Kapcsoló alrendszer (SMSS) (1) • Mobil szolgáltatás kapcsoló központja Mobile-service Switching Centre (MSC) – Kapcsolás – Mobil specifikus eljárások (helyzetadat frissítés, stb.) – Más hálózatokkal való együttműködés (IWF)



25

Kapcsoló alrendszer (SMSS) (2) • Regiszterek – Honos regiszter (Home Location Register (HLR)) – Látogató regiszter (Visitor Location Register (VLR)) – Csoporthívás regiszter (Group Call Register (GCR)) – Jogosultság ellenőrző (Authentication Centre (AUC)) – Készülék azonosító (Equipment Identity Register (EIR)) 2007 tavaszi félév


OMSS

26


Air

PSTN ISDN PDN

A EIR VLR

BSC BSC

MSC GCR

…. BSC

HLR AUC VLR

MSC

BTS-s

MS

BSS

SMSS



27

Üzemfenntartási alrendszer (OMSS) – Jogosultság ellenőrző (AUC) – Készülék azonosító (EIR)

MSC

• Üzemfenntartási központ (OMC) – Adminisztrativ funkciói: • Előfizetők, terminálok nyilvántartása, , • Számlázás, statisztikák készítése

– Titkosítás menedzselése – Minőség ellenőrzés – Üzemeltetés 2007 tavaszi félév


28

Rádió interfész



29

Um interfész specifikációi GSM műszaki specifikációk: – GSM 05.05 – 3GPP TS 05.05 version 8.14.0 Release 1999 – ETSI TS 100 910 V8.14.0 (2002-09)

www.etsi.org


(ingyenes letöltés!)


30

GSM frekvencia kiosztás

2.5G EDGE: 270ksymbols/s (1 symbol = 3 bits) 2007 tavaszi félév


31

GSM frekvencia sávok, ARFCN (1)

ARFCN = Absolute Radio Frequency Channel Number 2007 tavaszi félév


32

GSM frekvencia sávok, ARFCN (2)

Csatorna távolság: 200 kHz 2007 tavaszi félév


33

Többszörös csatorna hozzáférés

BTS 2007 tavaszi félév


Abis

34

TDMA-FDMA hozzáférés



35

TDMA időrés 577µs => 156.25 bit

időrések 7

0

1

2

3

4

5

6

7

0

4.6 ms

Az időrések tartalma •Normál burst •Frekvencia korrekciós burst (Frequency correction burst) •Szinkronizációs burst (Synchronisation burst) •Hozzáférési burst (Access burst) •(Dummy burst) 2007 tavaszi félév


36

GSM normál burst

•Tail: 2 x 3 tail bit (3-szor 0), a burst elejét és végét jelzik •D57 + S: 2 x 58 info bit, titkosított információt tartalmaz •

2 x 1 stealing bit, jelzi, ha az 57 bit nem forgalmi info

•TSC: 1 x 26 training bits, 8 jól ismert bitsorozat egyike •G:

1 x 8.25 guard period, adó lekapcsolva 8.25 bit időre



37

TX teljesítmény maszk



38

TDMA keret struktúra



39

Adás és vétel Bázisállomás: 7

TX (f1)

0

1

2

3

4

5

TX f1 RX (f2)

7

d u p l e x

0

TX f1 7

0

1 RX

2

3

4

5

6

7

0 RX f2

f2 Mon.

Mobil állomás: 7 2007 tavaszi félév

6

f1

0

1

2

3

4 TX

5

6

7

0

f2


*Without Timing advance!!!!

40

Késleltetés hatása BTS ad (f1)

7

0

Δ

1

2

3

4

5

6

7

0

Δ

MS vesz

7

0

1

2

3

4

5

6

7

0

MS ad (f2)

7

0

1

2

3

4

5

6

7

0

Δ ? ??? BTS vesz 2Δ késleltetéssel 2007 tavaszi félév

7

0

1

2

3

4

5

6

7

0

??? Mobil távközlő rendszerek (TA57)

41

Timing Advance (1) BTS ad (f1)

7

0

1

2

3

4

5

6

7

0

Δ

Δ MS vesz

7

0

1

2

3

4

5

6

7

0

2

3

4

5

6

7

0

2Δ 7

MS ad (f2)

0

1

Δ BTS vesz 2Δ késleltetéssel 2007 tavaszi félév

7

0

1

2

3

4

5

6

7

0

TA értéket a BSC adja! Mobil távközlő rendszerek (TA57)

42

Timing Advance (2) • Timing Advance: 0 Ł TA Ł 63 • Mobil –BTS távolság: TA ∗ 550 m < D < (TA +1) ∗ 550 m • Cellaméret maximuma GSM hálózatban: (63 + 1) ∗ 550 ≅ 35 km



43

Fizikai és logikai csatornák



44

GSM csatorna koncepció • Fizikai csatorna – TDMA időrés – benne adott típusú burst

• Logikai csatorna – az időrés tartalma – Forgalmi csatornák – Vezérlő csatornák



45

Logikai csatornák (1) UPLINK DOWNLINK

LOGICAL CHANNELS COMMON

DEDICATED

CHANNELS

COMMON CONTROL CH

BROADCAST CH

FCCH

SCH

PCH 2007 tavaszi félév

CHANNELS

BCCH

RACH

DEDICATED CONTROL CH

TCH/F

AGCH

FACCH


TRAFFIC CH

TCH/H

SACCH

TCH/EFR

SDCCH 46

Logikai csatornák (2) Broadcast Channels • FCCH (Frequency Correction Channel) – frequency correction burst • fixed sequence of zeros (00000)

• SCH (Sychronisation Channel) – synchronization burst • time synchronization for mobile, • BSIC (Base Station Identity Code), TDMA frame number

• BCCH (Broadcast Control Channel) – normal burst • network and cell specific information (MNC and LAC) • frequencies used in neighbouring cells, information for frequency hopping… 2007 tavaszi félév


47

Logikai csatornák (3) Common Control Channels • PCH (Paging Channel) – normal burst

• RACH (Random Access Channel) – random access burst (short burst!!!) • to request a dedicated channel or response PCH

• AGCH (Access Grant Channel) – normal burst • Response the RACH, assignes the dedicated channel (SDCCH).



48

Logikai csatornák (4) Dedicated Control Channels • FACCH (Fast Associated Control Channel) – normal burst • for handover, replaces a part of traffic channel

• SACCH (Slow Associated Control Channel) – normal burst • Qualty report, power control, timing advance



49

Logikai csatornák (5) Traffic Channels • TCH/F (Traffic Channel _Full rate speech) – normal burst

• TCH/H (Traffic Channel _Half rate speech) – normal burst

• TCH/EFR (Traffic Channel _Enhenced Full rate speech) – normal burst 2007 tavaszi félév


50

GMSK moduláció



51

Spektrum követelmények



52

GMSK moduláció • Kétállapotú frekvencia moduláció: – fD = 67.5kHz

• Gauss szűrő az RF sávszélesség csökkentésére – (BTbit = 0.3)

• GMSK modulátor megvalósítás: – Gauss szűrő + VCO – Gauss szűrő + IQ modulátor 2007 tavaszi félév


53

GMSK modulátor kimenő jele • ±π/2 folyamatos fázis változás • Frekvencia és fázis kapcsolata:

d! (t ) f (t ) = dt • Az eredmény: – Kétállapotú frekvencia moduláció



54

GMSK modulált jel (1)



55

GMSK modulált jel + zaj (1)



56




57




58




59




60




61




62

Házi feladat (1) • Gyűjtsön 2G és 2.5 G rendszerekre alapozott tartalomszolgáltatásokat! • Keressen ETSI ajánlást (szabványt), mely adatokat tartalmaz az alábbiakra: – – – –

GSM-R rendszerben alkalmazható vivőfrekvenciák Modulációs követelmények a GSM rendszerben Modulációs követelmények az EDGE rendszerben 1800 MHz GSM mobil készülék vevőjének RF referencia érzékenysége



63

Házi feladat (2) Számítsa ki az uplink és downlink vivőfrekvenciákat az alábbi GSM csatornákra: – ARFCN= 3 – ARFCN= 73 – ARFCN= 173 – ARFCN= 273 – ARFCN= 673 – ARFCN= 973 Egyértelműen értelmezhető mindegyik adat? 2007 tavaszi félév


64

!

THANKS FOR ATTENTION!



65

Mobil távközlő rendszerek alapjai. A GSM rendszer

Recommend Documents