1 Comunicaciones Móviles 2012/13. Prof: Daniel RamosComunicaciones Móviles 2012/13. Prof: Daniel Ramos. Material generado por Dr. Luis Mendo. Capítulo 5: Sistema GSM

2 1. Organismos de estandarización. Evolución de los sistemas de1. Organismos de estandarización. Evolución de los sistemas de comunicaciones móviles: generaciones. Origen del GSM

3 Organismos de estandarizaciónETSI (European Telecommunications Standards Institute) Estandarización inicial de GSM, GPRS y UMTS. 3GPP (Third Generation Partnership Project) Creado en 1998. Acuerdo de colaboración entre ETSI y otros organismos de estandarización oficiales (Japón, China, Corea, USA) Actualmente se ocupa de la definición de GSM, GPRS y UMTS Formado por fabricantes, operadores y otros (afiliados a un organismo de estandarización: ETSI u otros) 3GPP2 Creado en 2000. Similar a 3GPP para sistemas americanos (cdma2000).

4 3GPP GSM, radio UMTS, radio Arquitectura y serviciosProject Co-ordination Group (PCG) TSG RAN Radio Access Networks RAN WG1 Radio Layer 1 specification RAN WG2 Radio Layer2 spec & Radio Layer3 RR spec RAN WG3 lub spec lur spec lu spec & UTRAN O&M requirements RAN WG4 Radio Performance & Protocol Aspects RAN WG5 (ex T1) Mobile Terminal Conformance Testing TSG SA Services & System Aspects SA WG1 Services SA WG2 Architecture SA WG3 Security SA WG4 Codec SA WG5 Telecom Management TSG CT Core Network & Terminals CT WG1 (ex CN1) MM/CC/SM (lu) CT WG3 (ex CN3) Interworking with External Networks CT WG4 (ex CN4) MAP/GTP/BCH/SS CT WG5 (ex CN5) OSA Open Service Access CT WG6 (ex T3) Smart Card Application Aspects TSG GERAN GSM EDGE Radio Access Network GERAN WG1 Radio Aspects GERAN WG2 Protocol Aspects GERAN WG3 Terminal Testing GSM, radio UMTS, radio Arquitectura y servicios Terminales y red fija

5 Comunicaciones Móviles: Generaciones

6 Origen y evolución de GSM“Global System for Mobile communications” 1982 Creación del Groupe Spéciale Mobile (GSM) en la CEPT. Reserva de frecuencias en Europa para el futuro sistema. 1987 Selección de características generales: tecnología digital, acceso múltiple TDMA. 1989 La estandarización del GSM pasa a depender del ETSI. 1990 Termina la especificación de la fase 1: voz, SMS, datos en modo circuito, roaming internacional, servicios suplementarios (desvío, restricción de llamadas). 1992 Comienzo de operación en algunos países. 1996 Fase 2. Mejoras; DCS-1800 (luego GSM-1800). 1998 Fase 2+ (varias releases). Mejoras: mayor velocidad de datos; HSCSD; GPRS. 1998 La estandarización pasa realizarse en el 3GPP, en el cual se integra el ETSI. millones de usuarios de GSM. millones de usuarios de GSM.

7 2. Arquitectura de red. Entidades funcionales. Zonas e identidades

8 Arquitectura de red GSM: entidades funcionales e interfacesPLMN Arquitectura de red GSM: entidades funcionales e interfaces D BSS: Base Station Subsystem BSC: Base Station Controller BTS: Base Transceiver Station NSS: Network and Switching Subsystem AuC: Authentication Center EIR: Equipment Identity Register GMSC: Gateway MSC HLR: Home Location Register MS: Mobile Station MSC: Mobile Switching Center SIM: Subscriber Identity Module VLR: Visitors Location Register OSS: Operation and Supervision Subsystem NMC: Network Management Center OMC: Operation and Maintenance Center PLMN: Public Land Mobile Network (GSM) SM-SC Short Message Service Center PSTN: Public Switched Telephone Network C SMSC B BTS Um

9 Jerarquía de zonas en la red GSMÁrea de PLMN GSM: se identifica mediante: MCC (Mobile Country Code) (3 cifras): país (España: 214) MNC (Mobile Network Code) (2 cifras): cada operador de ese país (Vodafone: 01, Orange: 03, Movistar: 07) Área de conmutación: asociada a una MSC de la PLMN Área de localización, LA (Location Area): subconjunto de células pertenecientes a una misma MSC. Se identifica Dentro de la red: LAC (LA code) (16 bits) Globalmente: LAI (LA Identification) = (MCC, MNC, LAC) Área de estación base (célula o sector). Se identifica Dentro de la LA: CI (Cell Identity) (16 bits) Globalmente: CGI (Cell Global Identification) = (MCC, MNC, LAC, CI) MCC MNC LAC CI LAI CGI

10 Identidades de usuario y de móvil en GSMMSISDN (Mobile Station ISDN Number): número de teléfono del usuario, dentro del plan de numeración de la red telefónica pública. IMSI (International Mobile Subscriber Identity) (≤ 15 cifras decimales): identidad del usuario, única en el mundo. IMSI = (MCC, MNC, MSIN). MSIN: Mobile Subscriber Identification Number. TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) (32 bits): identidad temporal del usuario, válida dentro de una LA. IMEI (International Mobile Equipment Identity) (15 cifras decimales): identidad del móvil, única en el mundo.

11 MS, ME y SIM MS: es el terminal móvil GSM. Se divide en ME (Mobile Equipment) y SIM. ME: servicio de voz; otros: SMS, WAP, ... SIM: tarjeta que identifica al usuario. Contiene, entre otros: IMSI TMSI PIN y PUK (códigos de acceso y de desbloqueo) Información de abonado (agenda, SMS recibidos) Identidad del último área de localización (LAI) PLMN no autorizadas Algoritmos de cifrado y autentificación Clave de cifrado, Kc Clave secreta de autentificación, Ki

12 BTS Equipos radio de la estación base:Transceptores (uno por portadora): “TRX” Antena Elementos de conexión con la antena: cable, combinadores, multiacopladores Conexión con BSC; típicamente mediante radioenlace. La BTS debe ser lo más simple posible, y fiable (suele estar en lugares de difícil acceso).

13 BSC Equipo de control de la estación base. Puede controlar varias BTS.Se encarga de: Configuración de la base Gestión de canales radio: asignación, liberación, control de potencia, traspasos intra-BSC. Se conecta con el OMC para operación y mantenimiento. Recoge estadísticas y alarmas.

14 MSC Central telefónica, con funciones adicionales derivadas de la movilidad de los usuarios. Se encarga de: Encaminamiento de llamadas. Traspasos inter-BSC e inter-MSC. Se conecta con el OMC para operación y mantenimiento. Recoge estadísticas y alarmas. Las G-MSC (Gateway MSC) dan acceso a redes externas a la PLMN GSM.

15 HLR Base de datos (registro) general de usuarios.Es única (funcionalmente) en cada red (físicamente puede estar distribuida, o duplicada por motivos de redundancia). Para cada usuario contiene información: Estática: IMSI, MSISDN, servicios contratados Dinámica: zona de VLR (MSC) actual.

16 VLR Base de datos (registro) de usuarios itinerantes.Existe uno por cada MSC (de hecho, MSC y VLR suelen estar integrados en un mismo equipo físico) Contiene información para cada usuario que esté en la zona que gestiona: Dinámica: TMSI y LAI actuales. Copia de información del HLR para el usuario.

17 AuC Base de datos de autentificación. Asociado al HLR.Contiene para cada usuario: IMSI Clave secreta de autentificación, Ki (contenida también en la SIM)

18 EIR Base de datos de equipos (terminales móviles).Contiene para cada terminal móvil: IMEI de cada terminal (también contenido en el terminal) Lista blanca: terminales permitidos Lista negra: no permitidos (por ejemplo, por robo) Lista gris: en observación (por ejemplo, por fallos o por falta de pago).

19 SMSC Centro de servicio para SMS (mensajes cortos).Recibe y envía SMS de o hacia los móviles.

20 OSS Configuración remota de la red.Obtención de información (estadísticas) sobre el funcionamiento de la red. Mantenimiento (alarmas). Los OMC gestionan partes de la red, y el NMC controla el funcionamiento de todo el OSS.

21 3. Interfaz radio: características generales. Canales físicos y lógicos. Estructura TDMA. Estructura de las ráfagas

22 Interfaz radio GSM: características generalesSistema FDMA/TDMA con FDD Separación de radiocanales 200 kHz Bandas de frecuencias: 900 / 1800 / 1900 MHz Separación dúplex: 45 / 95 / 80 MHz Modulación: GMSK a 270,833 kb/s Potencia máxima de terminal móvil: 900 MHz: 8 W–0,8 W (típico 2 W) 1800 MHz: 1 W–0,25W (típico 0,25 W). Potencia máxima de base: 900 MHz: 320 W–2,5 W 1800 MHz: 20 W–2,5 W Relación de protección: cocanal 9 dB, canal adyacente -9 dB Posibilidad de salto en frecuencias (Frequency Hopping, FH) Codificación de canal: código corrector, código detector, entrelazado Distancia de cobertura máxima: 35 km; puede ampliarse Dispersión Doppler máxima: hasta 200 km/h Dispersión temporal máxima: hasta 16 ms.

23 Bandas de frecuencias GSM 900 (124 radiocanales) (Europa)UL: MHz DL: MHz E-GSM 900 (49 radiocanales) (Europa) UL: MHz DL: MHz GSM 1800 (374 radiocanales) (Europa) UL: MHz DL: MHz GSM 1900 (300 radiocanales) UL: MHz DL: MHz

24 Canales Radiocanal: frecuencia (portadora) utilizada, o pareja de frecuencias (UL y DL).  FDMA Canal físico: intervalo temporal de un radiocanal.  TDMA Canal lógico: cada tipo de información enviada por el canal físico.  Multiplexación temporal

25 Numeración de radiocanalesARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number): GSM 900: 1–124 fUL= ,2n (MHz); fDL= fUL+ 45 (MHz) E-GSM 900: 975–1023 fUL= ,2(n-1024) (MHz); fDL= fUL+ 45 (MHz) GSM 1800: 512–885 fUL= 1710,20 + 0,2(n-512) (MHz); fDL= fUL+ 95 (MHz)

26 Estructura TDMA RX 1 2 3 4 5 6 7 fDL TX MS 1 2 3 4 5 6 7 fUL Trama: 120ms (estándar multitrama MF26)/26 = 4,615 ms Intervalos de UL y DL separados (se evita duplexor en el móvil) Resto del tiempo: medidas y cambio de frecuencia RX-TX La frecuencia puede ir variando en cada trama (FH)

27 Jerarquía TDMA

28 Canales lógicos De señalización comunes: De señalización dedicados:BCCH (DL): información general de configuración FCCH (DL): referencia de frecuencia; sincronización de trama SCH (DL): sincronización de nivel superior e información (BSIC) PCH (DL): aviso (paging) a móviles RACH (UL): acceso de los móviles (petición de canal) AGCH (DL): respuesta a móviles (asignación de canal) De señalización dedicados: SDCCH (UL y DL): independiente, para señalización y SMS SACCH (UL y DL): asociado al TCH para señalización “lenta” FACCH (UL y DL): asociado al TCH para señalización “rápida” De tráfico (dedicados): TCH (UL y DL): información de usuario. Varios tipos: TCH/F (Full rate speech): voz a 13 kb/s TCH/H (Half rate speech): voz a 6,5 kb/s Otros, para datos en modo circuito. Difusión “Comunes” (CCCH) Dedicados

29 Canales lógicos BCCH: Broadcast Control ChannelFCCH: Frequency Correction Channel SCH: Synchronization Channel PCH: Paging Channel RACH: Random Access Channel AGCH: Access Grant Channel SDCCH: Stand-Alone Dedicated Channel SACCH: Slow Associated Control Channel FACCH: Fast Associated Control Channel TCH: Traffic Channel.

30 Correspondencia entre canales lógicos y físicosEn cada canal físico, los canales lógicos se multiplexan en el tiempo mediante multitramas (MF): MF26, para tráfico y canales de señalización asociados MF51, para el resto de señalización Se definen cinco tipos de correspondencia: 1 TCH/F con sus SACCH y FACCH: MF26 (Tráfico a velocidad completa) 2 TCH/H con sus SACCH y FACCH: MF26 (Tráfico a velocidad mitad) Difusión y CCCH: MF51 (Señalización descombinada: canales comunes) 8 SDCCH: MF51 (Señalización descombinada: canales dedicados) 4 SDCCH; difusión y CCCH: MF51 (Señalización combinada)

31 MF26 (1) (2) T: TCH; A: SACCH; I: libre (idle).1 2 10 11 12 13 14 24 25 T A I (1) 1 2 3 11 12 13 23 24 25 T T’ A I’ I A’ (2) 26 tramas: 120 ms T: TCH; A: SACCH; I: libre (idle). La multitrama es igual en UL y en DL. El FACCH se transmite en cualquier momento, sustituyendo al TCH. La velocidad del SACCH es igual en TCH/F y en TCH/H. El TCH puede no transmitirse siempre (DTX). El SACCH se transmite siempre en las tramas reservadas (incluso con DTX).

32 MF51 (3) (4) (5)

33 MF51 F: FCCH; S: SCH; B: BCCH; C: CCCH; R: RACHDi: i-ésimo SDCCH, parte de datos Ai: i-ésimo SDCCH, parte de señalización asociada (similar a SACCH) Se usará señalización combinada o descombinada en función de la capacidad necesaria en los CCCH y SDCCH. Si se requiere más capacidad para CCCH que la dada por (3), pueden utilizarse más canales físicos (números 2, 4 y 6), que usarán (3) pero sin FCCH ni SCH. La posición de FCCH, SCH y BCCH es igual en (3) y (5). El reparto de capacidad entre PCH y AGCH es configurable. Un móvil debe escuchar el PCH sólo en ciertas tramas (DRX), según la configuración de la célula.

34 DL UL

35 Ráfagas Ráfaga normal (N) Ráfaga de corrección de frecuencia (F)TB 3 Información 57 SF 1 Secuencia de entrenamiento 26 Información 57 GP 8,25 Ráfaga normal (N) Ráfaga de corrección de frecuencia (F) TB 3 Bits fijos, iguales a 0 142 GP 8,25 Ráfaga de sincronización (S) TB 3 Información 39 Secuencia de entrenamiento 64 GP 8,25 Ráfaga de acceso (A) TB 8 Secuencia de entrenamiento 41 Información 36 3 GP 68,25 Ráfaga muda (dummy) (D) TB 3 Bits fijos 142 GP 8,25 TB: Tail Bits, iguales a 0; SF: Stealing Flag: 1 si FACCH; GP: Guard period Uso: F: FCCH; S: SCH; A: RACH; N: resto; D: como NB pero de relleno. Para la ráfaga “N” hay 8 posibles secuencias de entrenamiento. Las secuencias de las ráfagas “S” y “A” son únicas, y más largas (recepción inicial).

36 Portadora baliza Cada estación base (célula o sector) tiene asignadas 1 o más portadoras (radiocanales) Una de las portadoras es la portadora baliza, o portadora BCCH: Contiene la señalización común, en el intervalo 0 (con o sin combinar con SDCCH). Si es necesario, pueden utilizarse intervalos adicionales para señalización común (poco habitual). En ese caso, el intervalo 0 es el único que contiene el canal FCCH. Los restantes intervalos (utilizados normalmente para SDCCH o TCH) se rellenan con ráfagas “mudas” (dummy) si no tienen información que transmitir. Se transmite con potencia constante. Los móviles la utilizan para hacer medidas de nivel recibido.

37 4. Modulación, codificación, entrelazado

38 Modulación GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) binaria diferencial.Velocidad de la modulación: R = 270,833 b/s. Df = R/4: MSK (diferencial); desplazamiento positivo para bits consecutivos iguales, negativo para bits diferentes. Fase de la señal modulada, j(t): bi: bit i-ésimo TB: periodo de bit F(t): rampa MSK (0-p/2) filtrada

39 Efectos de la conformación espectralInterferencia entre símbolos producida por la conformación (se muestra el efecto de un bit) Ocupación espectral (se muestran dos radiocanales contiguos)

40 Codificación de canal Distintas variantes, en función del canal lógico. Se utilizan: Códigos correctores: Convolucionales, de longitud (constraint lenght) 5 y tasa 1/2 (voz y señalización) o menor (tráfico de datos). Códigos detectores: Código Fire: código bloque lineal, con buenas propiedades de detección de errores a ráfagas Otros códigos bloque lineales. Entrelazado: profundidad entre 1 y 8 ráfagas.

41 Codificación de canal para TCH/FEl codificador de fuente para voz FR (full rate) entrega bits a 13 kb/s, en bloques (“tramas”) de 260 bits cada 20 ms. Los bits de cada bloque se dividen en tres clases: 1A, 1B y 2. Bits de cola (terminación de trellis) Código bloque (50,3) Velocidad resultante tras la codificación: 456/20 = 22,8 kb/s.

42 Codificación de canal para canales de señalizaciónLos bits van más protegidos que en el TCH/F Todos los bits de protegen por igual RACH y SCH tienen una codificación diferente al resto de canales de señalización.

43 Entrelazado para TCH/FCada bloque de 456 bits: 0 8 · · · · · 448 Bits pares de la ráfaga n 1 9 · · · · · 449 Bits pares de la ráfaga n+1 2 10 · · · · · 450 Bits pares de la ráfaga n+2 3 11 · · · · · 451 Bits pares de la ráfaga n+3 4 12 · · · · · 452 Bits impares de la ráfaga n+4 5 13 · · · · · 453 Bits impares de la ráfaga n+5 6 14 · · · · · 454 Bits impares de la ráfaga n+6 7 15 · · · · · 455 Bits impares de la ráfaga n+7 57 bits Cada bloque de 20 ms se distribuye en 8 “medias ráfagas”. En promedio hay una ráfaga cada 120/24 = 5 ms: 4 ráfagas por cada bloque de 20 ms.

44 Entrelazado para TCH/FBloque (456 bits) 20 ms 5 ms en promedio Ráfaga

45 5. Procesos asociados a la transmisión:. avance temporal,5. Procesos asociados a la transmisión: avance temporal, control de potencia, transmisión discontinua, salto de frecuencia

46 Avance temporal (TA) Necesario en UL para compensar diferencias de retardo de propagación entre móviles. Realimentación negativa: medida en UL y corrección en DL: Medida en UL: se utiliza la secuencia de entrenamiento, aprovechando sus buenas propiedades de autocorrelación. Corrección en DL: se envían órdenes de TA por el SACCH. Avance múltiplo de TB, entre 0 y 63. Tolerancia: tiempo de guarda: 8,25 TB en la ráfaga normal. En el acceso inicial (RACH) aún no hay TA. Por ello: Tiempo de guarda de 68,25 TB. Secuencia de entrenamiento más larga. Límite: 2dmáx / c = tmáx: aproximadamente 35 km, para tmáx = 63TB. Células de “alcance extendido”: se utilizan sólo los intervalos 0, 2, 4 y 6.

47 Ecualización Las especificaciones GSM no imponen un algoritmo de ecualización, sino prestaciones mínimas. Se suele utilizar el algoritmo de Viterbi, que es óptimo. La ecualización puede realizarse de forma integrada con la decodificación del código convolucional. La ecualización requiere estimar el canal. Para ello se utiliza la secuencia de entrenamiento, situada en el centro de la ráfaga. Velocidad de actualización: 1 vez por trama. Límites: Tiempo de coherencia del canal << Tintervalo (0,577 ms). Dispersión de retardo del canal < 16 ms (requisito para el receptor, impuesto por las especificaciones del sistema)

48 Salto en frecuencia (FH)Característica opcional para TCH y SDCCH Diversificación en frecuencia (dual del entrelazado temporal). Ventajas: Promediado de señal deseada frente a desvanecimiento multitrayecto e interferencias Promediado de interferencia producida en cada radiocanal. El patrón de salto se define por medio de: Lista de frecuencias entre las que se salta HSN (Hopping Sequence Number): secuencia de salto MAIO (Mobile Allocation Index Offset): origen temporal.

49 Control de potencia Característica opcional en UL y en DL. VentajasReduce la interferencia Alarga la duración de la batería en el móvil. Velocidad: lento: 2 órdenes / s, aproximadamente. Margen: UL: 13 dBm – potencia máxima; pasos de 2 dB DL: máximo 30 dB; pasos de 2 dB. La potencia de transmisión se selecciona: En UL: a partir de órdenes de la base (SACCH) En DL: a partir medidas enviadas por el móvil (SACCH). La potencia inicial en UL se indica en el BCCH. No se aplica control de potencia en la portadora baliza. Si se emplea FH, en esa frecuencia la potencia será fija.

50 Transmisión discontinua en TCH (DTX)Característica opcional en UL y en DL. El codificador de voz detecta la presencia o no de voz. Cuando no hay voz, se transmite la señal de ruido con velocidad binaria menor (comfort noise). Se transmite una trama SID (silence descriptor frame) al menos 2 veces por segundo. Las SID contienen combinaciones de valores de los bits no permitidos en las tramas normales. Ventajas Reduce la interferencia Alarga la duración de la batería en el móvil.

51 Recepción discontinua en PCH (DRX)El móvil sólo escucha el PCH durante una fracción del tiempo total (subcanal de paging). Para ello los usuarios se dividen en grupos, en función de las tres últimas cifras del IMSI. Ventaja: se reduce el consumo de batería en modo desocupado. Inconveniente: pequeño retardo adicional en el establecimiento de las llamadas.

52 6. Protocolos. Gestión de recursos radio6. Protocolos. Gestión de recursos radio. Funcionamiento de los canales radio. Gestión de movilidad. Gestión de la comunicación. Servicios

53 Protocolos de SeñalizaciónMSC MS BSS T U P / I S CM CM DTAP MM MM BSSAP BSC MAP RR NIVEL 3 BSSMAP TCAP BSSMAP BTS RR SCCP SCCP SCCP RR’ BTSM BTSM LAPDm LAPDm LAPD LAPD MTP MTP MTP MTP NIVEL 2 Capa 1 Capa 1 Capa 1 Capa 1 Capa 1 Capa 1 Capa 1 Capa 1 NIVEL 1 Hacia VLR, HLR, PSTN, GMSC A Um Abis

54 Protocolos de Señalización en la Interfaz RadioCapa 1 Transmisión física (modulación, codificación, etc) Capa 2: LAPDm Protocolo de enlace (retransmisiones, control de flujo) Capa 3, subcapa RR Gestión de conexiones en la interfaz radio Capa 3, subcapa MM Seguimiento de usuarios en modo desocupado y funciones de seguridad Capa 3, subcapa CM Servicios de llamada, SMS y suplementarios

55 Gestión radio (RR, Radio Resource)Funciones: Asignación del canal Liberación del canal Traspaso Control de potencia Avance temporal

56 Información enviada en el TCHInformación de tráfico (voz, datos). TCH/F: 22,8 kb/s brutos (13 kb/s antes de codificación de fuente): 24 ráfagas cada 26 tramas, con 114 bits: 114 / (120/26) · 24/26 = 22,8 kb/s.

57 Información enviada en el BCCHEl BCCH envía información de configuración de la red, denominada “información de sistema”: MCC, MNC, LAI, CI Lista de frecuencias para medidas en modo desocupado (portadoras baliza de células vecinas) Configuración de canales de señalización: combinada o descombinada Configuración de PACH y AGCH (qué bloques CCCH se usan para cada canal) Parámetros de uso del RACH: tiempo medio entre retransmisiones, número máximo de retransmisiones Portadoras asignadas a la célula Célula prohibida (sólo traspasos) Clases de acceso permitidas (uso del RACH) Etc.

58 FCCH y SCH El FCCH se utiliza como El SCH contiene:Referencia de frecuencia (ráfaga “F”), y sincronismo grueso de intervalo. Sincronismo de trama (define el intervalo 0) El SCH contiene: Secuencia de entrenamiento larga (ráfaga “S”) Parámetros que indican la posición de la trama dentro de la jerarquía TDMA: sincronismo de nivel superior. BSIC (Base Station Identity Code) (6 bits): permite diferenciar balizas de la misma frecuencia.

59 Información enviada en el RACHSe utiliza para el acceso inicial del móvil: Petición de canal Al realizar un traspaso Consiste en una ráfaga de acceso, que contiene: Breve descripción de la causa de acceso Número aleatorio generado por el móvil El móvil sólo puede enviar la ráfaga si pertenece a una clase de acceso permitida (se utiliza para controlar posibles congestiones).

60 Información enviada en el PCH y AGCHMensajes de búsqueda o aviso a los móviles de la LA. Contienen: Identidad del usuario al que se busca (TMSI o IMSI). AGCH Mensajes de asignación de canal, tras petición del móvil. Contienen: Descripción del canal: Intervalo Portadora, o parámetros de salto si se utiliza FH Subcanal, en el caso de SDCCH Causa de acceso y referencia aleatoria utilizadas por el móvil en el acceso (RACH).

61 Información de señalización asociadaEn el TCH: Señalización asociada “lenta” (SACCH): DL: control de potencia, avance temporal, información del sistema (lista de vecinas), SMS. UL: informes de medidas. Señalización asociada “rápida” (FACCH): Contiene el resto de mensajes de señalización (establecimiento de llamada, órdenes de traspaso,…) Sustituye al TCH en cualquier momento (posible pérdida de información de tráfico). En la ráfaga normal, SF=1 indica que el campo de datos correspondiente (bits pares o impares) contiene señalización. En el SDCCH: Señalización asociada “lenta” (parte “A” en la MF51) (No existe en este caso un subcanal para señalización “rápida”, ya que el propio SDCCH es para señalización).

62 Estados del móvil y medidasEstado desocupado (idle mode): El móvil escucha los canales de señalización común. Realiza medidas de potencia en la portadora baliza de su célula y de las células vecinas (para posible reselección de célula). Lista de portadoras baliza de células vecinas (enviada por la red en el BCCH). Puede enviar solicitud de acceso por el RACH. Estado ocupado (dedicated mode) El móvil tiene un canal asignado (SDCCH o TCH), por el que transmite y recibe. Realiza medidas de potencia y calidad en su canal, y de potencia en portadoras baliza vecinas (para posible traspaso). Lista de portadoras baliza de células vecinas (enviada por la red en el canal asignado). Envía medidas a la base, cada 0.5 s aproximadamente.

63 Informes de medidas (modo ocupado)Contenido: Nivel recibido en canal asignado: “RxLev” RxLev: P (dBm) + 110: 0–63. Calidad en el canal asignado: “RxQual” RxQual: BER (estimada) antes del decodificador de canal: 0–7. Nivel recibido (RxLev) y BSIC en las 6 portadoras baliza con mayor nivel. Si se ha utilizado o no DTX en transmisión. Se envían por: SACCH asociado al TCH: 1 vez cada 480 ms (4 MF26) Parte de señalización asociada (“A”) del SDCCH: 1 vez cada 471 ms (2 MF51) Tipos de medidas: “Full”: en todas las tramas “Sub”: en las que se transmiten incluso si hay DTX (SACCH, SID).

64 Traspaso Lo decide la red a partir de:Informes de medidas del móvil Medidas de las bases (potencia, calidad, TA) La red prepara la nueva conexión y envía una orden de traspaso al móvil El móvil inicia la transmisión en la nueva célula. Normalmente comienza transmitiendo ráfagas de acceso, hasta que se establece el nuevo avance temporal.

65 Canales usados en una llamada

66 Gestión de movilidad (MM, Mobility Management)Funciones: Selección de red y de célula Actualización de posición Registro (IMSI attach) y des-registro (IMSI detach) Reasignación de TMSI Autentificación del usuario Validación del terminal móvil Cifrado en la interfaz radio

67 Selección de red y de célulaRed del operador Si no es accesible, se prueban otras, excepto redes prohibidas Selección de célula (modo desocupado): Criterio: Por nivel recibido, pero dando más peso a unas células que a otras (de acuerdo con parámetros enviados por el BCCH) Histéresis para células de distinta LA Medidas del móvil respecto a células vecinas: Nivel recibido (portadora baliza) Decodificación de parámetros (BCCH): operador, LAI, célula prohibida.

68 Actualización de posición, registro, des-registroSe utiliza el SDCCH. Registro (IMSI Attach)/des-registro (IMSI Detach): es opcional utilizarlos (se indica en cada célula). Suelen usarse. Actualización de posición (LA Update) y registro: iniciados por el móvil Normal (cambio de LA) Periódica (tiempo definido por la red) Registro (IMSI attach). Des-registro: Iniciado por el móvil Implícito: puede llevarlo a cabo la red si no recibe la actualización de posición periódica.

69 Reasignación de TMSI Se lleva a cabo por decisión de la red.La red envía el nuevo TMSI al móvil, que confirma su recepción. El TMSI queda almacenado en la tarjeta SIM hasta que vuelva a ser modificado.

70 Validación del terminal móvilEIR Petición de comprobación Envío IMEI MSC Petición IMEI Respuesta IMEI MS

71 Autentificación del usuarioRAND Ki RAND MS Ki RAND A3 A8 Red A3 A8 SRES Kc SRES Kc ¿iguales? Algoritmo (secreto): A3: utiliza: Clave (secreta) de identificación, Ki: se almacena en SIM y AuC. La SIM protege la Ki contra intentos de lectura. Número aleatorio generado por la red, RAND.

72 Cifrado en la interfaz radioS1 S2 Se pasa al modo cifrado cuando lo ordena la red. Algoritmo (secreto): A5 (SIM y BTS): utiliza: Número de trama dentro de la hipertrama (FN) Clave de cifrado, Kc. En cada autentificación se renueva (algoritmo A8) en la SIM y en el AuC, y se guarda para la próxima vez que se pase al modo cifrado.

73 Gestión de comunicación (CM, Communication Management)Funciones: Establecimiento y liberación de llamadas Servicios suplementarios (desvío de llamadas, buzón de voz, …) Envío y recepción de mensajes cortos

74 Servicios Voz: SMS Datos Servicios suplementariosFR (full rate): 13 kb/s. Método habitual. HR (half rate): 6,5 kb/s. Muy poco utilizado. EFR (enhanced full rate): 12,2 kb/s. Más reciente, utilizado también en UMTS. SMS Datos Velocidades hasta 9,6 kb/s Modos transparente (sin retransmisiones) y no transparente (con retransmisiones) Servicios suplementarios

75 7. Planificación. Balance de enlace

76 Planificación radio en GSMEtapas de la planificación: Balance de enlaces Selección de emplazamientos Cálculos de cobertura iniciales Ajuste de parámetros de bases y mejora de cobertura Cálculos de tráfico y dimensionamiento Asignación de frecuencias Fases de despliegue de la red: Cobertura: planificación sin tener en cuenta la etapa 5 Capacidad: nueva planificación con todas las etapas

77 Balance de enlaces (ejemplo)DL UL Comentarios A Potencia transmitida (dBm) 43 33 B Pérdidas en transmisor (dB) 4 DL: combinador, duplexor, cable. C Ganancia de antena transmisora (dBi) 17 -3 UL: incluye atenuación por el cuerpo del usuario D PIRE (dBm) 56 30 D = A - B + C E Sensibilidad (dBm) -99 -101 Referida a la salida de antena F Ganancia por diversidad (dB) 3 Reducción de sensibilidad por diversidad de recepción G Margen log-normal (dB) 10 Depende del porcentaje perimetral y de la desviación típica H Margen de interferencia (dB) Incremento de sensibilidad en presencia de interferencia I Potencia mediana necesaria en recepción (dBm) -86 -91 I = E - F + G + H J Ganancia de antena receptora (dBi) DL: incluye atenuación por el cuerpo del usuario K Atenuación compensable (dB) 139 138 K = D – I + J  L Pérdida por penetración en interiores (dB) 15 M Atenuación en exteriores (dB) 124 123 El resultado principal es la atenuación compensable: máxima pérdida básica determinista (modelo de propagación) que puede admitirse. La sensibilidad incluye: Pérdidas del equipo receptor, al estar referida a la salida de antena Ruido total del equipo receptor (Fsis) Efecto del multitrayecto (sensibilidad dinámica).

78 Dimensionamiento (I) TCH: tráfico principalmente de voz:aTCH = tllam(s) · Nllam(llam/h) / 3600 ATCH = M · aTCH Estrategia de asignación de TCH (temprana/tardía): incremento de tllam Probabilidad de bloqueo objetivo. SDCCH: varios tipos de tráfico: Actualizaciones de posición (incluyendo registros) Establecimiento de llamadas originadas en el móvil Establecimiento de llamadas terminadas en el móvil Mensajes cortos (SMS) aSDCCH = (tLU·NLU + tMO·NMO + tMT·NMT + tSMS·NSMS) / 3600 ASDCCH = M · aSDCCH

79 Dimensionamiento (II)CCCH (PCH y AGCH): dos usos: Tasa de avisos en la LA Tasa de asignaciones de canal en la célula Reparto de capacidad entre PCH y AGCH Número de repeticiones de los mensajes Retardo máximo objetivo en avisos y en asignaciones RACH: varias causas de utilización: como el SDCCH Número medio de accesos / s Valor máximo objetivo

80 8. Evolución de GSM: HSCSD, EDGE

81 HSCSD High Speed Circuit Switched DataSistema de transmisión de datos a alta velocidad, vía GSM, con conmutación de circuitos. Puede integrar múltiples canales (intervalos) en la interfaz radio Adecuado para flujo de datos constante Introduce un nuevo método de codificación de canal, con menor protección. Esto permite aumentar la velocidad por intervalo de 9,6 kb/s (GSM) a 14,4 kb/s. Requiere modificaciones menores en la red GSM: Terminal móvil: compatible con HSCSD (la mayoría actualmente lo son). Distintas capacidades “multi-intervalo”. Red fija: cambios software Proporciona conexiones transparentes/no, simétricas/no Transparentes/no (sin/con ARQ) Simétricas/no (velocidades en UL/DL iguales/no)

82 EDGE Enhanced Data Rate for GSM EvolutionCambia el sistema de modulación: GMSK u 8-PSK Varios métodos de codificación (como GPRS): tasa 0,37–1 Modulación y codificación adaptables, en función de las condiciones Puede integrar múltiples canales (intervalos) en la interfaz radio Conmutación de circuitos o de paquetes Velocidad máxima por intervalo de 48 kb/s. Requiere cambios en la red: Terminal móvil compatible. Red fija: cambios hardware en estaciones base: desventaja.