Comunicaciones móviles. GSM
GSM.
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Introducción.
Especificaciones, Servicios9
Arquitectura.
Estructura jerárquica. Subsistemas GSM. Sistema de numeración9
Interfaces y señalización.
Interfaces entre los diferentes subsistemas. Estructura y tipo de canales lógicos.
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Canal Radio.
Técnica de acceso múltiple, estructura de ráfagas, tramas y multitramas. Procesos de transmisión y recepción. Codificación, Modulación ….
Control del enlace radio.
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Funcionalidades.
Seguridad. Autentificación y cifrado
Orígenes del sistema GSM
En 1947 idea básica de radio celular (laboratorios Bell)
Primeros sistemas a comienzos de los años 80 (AMPS)
En la década de los 80 sistemas analógicos de Telefonía Móvil Pública celular
con distintos estándares: NMT (Países nórdicos), RADIOCOM 2000 (Francia),
TACS (Reino Unido, España), C-450 (Alemania), incompatibles.
En 1982, se crea un grupo de estandarización llamado GSM (Group Special
Mobile) para establecer las especificaciones del Sistema Celular Paneuropeo.
1986:La comisión europea elabora una directiva y una recomendación
reservando bloques de frecuencias en la banda de 900 MHz para GSM.
En 1992 se produce la implementación de la 1ª fase de la red GSM dando
cobertura principalmente a aeropuertos y grandes ciudades.
Ampliación para incluir un interfaz radio en la banda de 1800 MHz, y en la
banda de 1900 MHz, PCS (Personal Communication System - USA),
conocidos como GSM 1800 y GSM 1900 respectivamente.
En 2004 existen más de 256 redes comerciales GSM en 110 países, con
Requisitos básicos del sistema GSM
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Itinerancia dentro de los países de la CE.
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Tecnología digital.
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Gran capacidad de tráfico.
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Utilización eficiente del espectro radioeléctrico.
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Empleo de sistemas de señalización digital.
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Servicios básicos de voz y datos.
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Amplia variedad de servicios telemáticos.
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Posibilidad de conexión con la ISDN (Integrated Digital Service
Network).
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Seguridad y privacidad en la interfaz radio con encriptación de la
transmisión.
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Utilización de teléfonos portátiles.
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Terminales personalizables.
Cobertura GSM y fases.
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 Fase 1
Fase 2 Fase 2 +
Voz, Roaming, Fax/datos (9,6 Kb/s), SMS, Cifrado, SIM Aviso de cargo, Identificación, espera, retención, conferencia
Especificaciones GSM
El sistema GSM especifica las funciones e interfaces en detalle.
Las especificaciones del GSM, elaboradas y editadas por el ETSI
http://www.etsi.org
, se dividen en series sobre temas concretos.
El número de series es 12 aunque la 10 carece de documentos.
Serie Tema 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 Cuestiones generales Aspectos de servicio Aspectos de red Interfaz MS-BS y protocolos
Capa física en el trayecto radioeléctrico Codificación de la voz
Adaptadores de terminal para MS Interfaces BS-MSC
Interfuncionamiento de la red
Interfuncionamiento de servicios (carece de documentos) Especificaciones y homologación de los equipos
GSM prevé una variedad de servicios de telecomunicaciones: facilidades de comunicación puestas a disposición del usuario.
Clasificación.
Servicios Básicos. Servicios Portadores.. Teleservicios Servicios Suplementarios.
Teleservicios.
Telefonía. Llamada de emergencia: Mensajes cortos Fax Voz para grupos.
Servicios suplementarios.
Identificación de números
Desvio de llamadas, llamada en espera.
Grupo cerrado de usuarios. Restricción de llamadas Asignación de recursos,etc. TERMINAL TERMINAL TELESERVICIOS SISTEMA GSM RED FINAL RED DE TRANSITO SERVICIOS PORTADORES
Otros servicios.
De valor añadido: USSD (Unstructured Supplementary Service Data). * ….# CAMEL: Red inteligente. Movilidad de servicios en otras redes.
WAP: Wireles Aplication Protocols: Acceso a Internet móvil.
HSCSD: High Speed Circuit Switched Data. Varios Time Slots hasta 57,6 kbps
Estructura jerárquica en la Red GSM
La Red GSM, tiene niveles jerárquicos que se corresponden con
zonas o áreas de control:
Área de SistemaGSM Área de operador GSM Área de MSC Área de localización Célula MSC LA1 LA2 LA3 LA4 Cel1 Cel2 Cel3 Cel4 Cel5 Cel7 Cel6
Área de Sistema GSM:
donde un
subscriptor GSM puede tener acceso.
Área de Operador GSM:
(GSM-PLMN).
donde un operador ofrece cobertura y
acceso a su red. (Centros de conmutación,
estaciones base y accesos a la red fija.
Área de MSC:
Parte geográfica controlada
por una MSC
Área de localización (LA):
grupo de
células en que el sistema tiene localizado a
las MS.
Área de cobertura de una célula:
Zona
Entidades funcionales
Interfaces
(OMSS) Centro de Operación y Mantenimiento OMC RTC BSC Central de conmutación móvil GMSC/MSC BTS BTS BSC Subsistema Radio BSC: Controlador BST: Transceptor E RDSI RPCP MS MS HLR AUC EIR VLR Centro de Explotación de RED NMC Subsistema de conmutación(SSS) BTSOtras MSC Subsistema de operación y supervisión Q3 MS A-bis H D C B
Subsistema de Estaciones Base: BSS
Um UI A A RSS F Qx
Arquitectura del sistema GSM
Subsistema de Conmutación y Red (NSS)
Funciones desarrolladas en el Subsistema de Conmutación.
Además de las funciones desarrolladas en cada una de sus entidades
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Localización Automática
Evaluación de la señal de control por parte del móvil y la devolución de su identidad a la red. (IAL) (214 + (01 telefónica, 07 Airtel) + CAL
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Seguimiento (Roaming) Internacional de las estaciones móviles
Entendimiento entre las MSC de cada país y entre países.
El sistema conoce en todo momento la situación del móvil suscrito al sistema, independientemente del país en el que se encuentra.
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Encaminamiento de las llamadas
Proporcionar las diferentes rutas (enlaces) por las que transita una llamada, según el origen/destino de la llama, hasta alcanzar su destino.
Entidades funcionales
Central de Conmutación Móvil/ Cabecera, (MSC/GMSC). Unidad de Interfuncionamiento (IU).
Registros de posición base HLR, de visitantes VLR, y de ident. de equipos EIR Centro de autenticación AUC
Encargado de manejar todo el servicio de comunicaciones entre móviles y conexión con otras redes
Central de Conmutación Móvil (MSC).
Interfaz inteligente entre el sistema de estaciones base y las redes de
conmutación
(RDSI, RTC, RTPCP)
y señalización
(SSCC Nº 7)
fijas.
Además de actuar como una central de la red fija se encarga de:
Procedimiento para la localización y registro de abonados y su actualización. Gestión de llamadas y aviso a los móviles de las llamadas entrantes.
Gestión de protocolo de señalización con el BSS.
Intercambio de señalización con las otras entidades funcionales (HLR, VLR u otra MSC) a través de la Parte de Aplicación Móvil (MAP) del CCIT N0 7,
Procedimiento de conmutación de llamada en curso durante un traspaso; la MSC debe efectuar la transferencia de la conexión a un nuevo BSC situado en su propio área o controlado por otra MSC.
Asegurar la compatibilidad entre el formato de transmisión de datos interno de la red GSM, y el de la red fija,
Transferencia de los parámetros de encriptación entre VLR y BSS.
Control de la operación de los canceladores de eco, Rec. 03.50 del GSM.
Soporte del servicio de mensajes cortos, de acuerdo con Rec. 03.40 del GSM. Recopilación de datos de tráfico y facturación.
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En una red GSM existen, usualmente, varios MSC que suelen estar
interconectados en forma mallada.
Central de Conmutación Móvil Cabecera, (GMSC).
MSC a través de la cual se gestionan las llamadas en las que
interviene la red fija, permitiendo el interfuncionamiento de la red fija
con la red móvil (Cabecera: Gateway).
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Se encarga de interrogar al Registro local de abonados (HLR) adecuado
para conocer la posición del móvil al que va dirigida la llamada, y
posteriormente encaminar la llamada hacia la central de conmutación
móvil correspondiente.
9
Esta función la pueden incorporar todos los MSC de la red o únicamente
algunos.
Unidad de Interfuncionamiento (IWF)
Asociada al MSC, IWF (InterWorking Function).
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Permite el interfuncionamiento del sistema GSM con otras redes y la
prestación de las diferentes clases de servicios.
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Convertir los protocolos utilizados en el sistema GSM a los utilizados en
Registro de Localización Base (HLR).
Base de datos para la gestión y administración de los usuarios.
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El HLR puede estar integrado con el MSC/VLR o separado.
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La capacidad típica de un HLR autónomo es de 500.000 abonados.
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En GSM todas las llamadas entrantes convergen en el HLR.
Información de suscripción de los abonados, que consta de:
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Dos números de identificación
IMSI: Identificador Internacional de Abonado Móvil.
MSISDN: Número RDSI Internacional de la Estación Móvil (número de
abonado).
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Servicios portadores y teleservicios que el usuario puede utilizar.
Restricciones de servicios, servicios suplementarios
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Características del equipo móvil utilizado por el usuario.
Información de localización de la estación móvil.
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Para encaminar las llamadas entrantes al MSC donde está registrada la
MS. (siempre que esté activada),
Esta información comprende el MSRN, direcciones del VLR y del MSC e identidad temporal (TMSI) de la MS.
Registro de Localización de Visitantes (VLR)
Base de datos, asociada a un MSC, donde se almacena información
dinámica sobre los usuarios transeúntes en la zona del MSC.
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Todo abonado estará inscrito, en cada momento en algún VLR.
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El número típico de abonados que puede gestionar es de unos 150.000.
Cuando abonado móvil (MS) entra en un área de un MSC,
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MSC lo notifica al VLR, la MS se registra y recibe una dirección de
visitante, número de ruta, MSRN (Mobile Subscriber Roaming Number)
que sirve para encaminar las llamadas destinadas a esa MS.
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El VLR interrogará al HLR, almacenando la información: (Rec. GSM 03.03)
Identificador Internacional de Abonado Móvil (IMSI). Identificador Temporal del Abonado Móvil (TMSI).
Número RDSI Internacional de la Estación Móvil (MSISDN). Número de encaminamiento (MSRN).
Área de localización donde la MS se ha registrado (LAI). Categoría del abonado móvil.
Parámetros de servicios suplementarios. Características técnicas del equipo móvil.
Centro de Autentificación (AuC)
El AuC está asociado al HLR y proporciona la información necesaria
para la validación y autentificación de los usuarios por la red.
El AuC es una base de datos donde se guardan:
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Las identidades (IMSI) de los abonados junto con la clave secreta de
identificación de cada usuario, ki
Cada usuario tiene una copia de la clave ki almacenada en la tarjeta SIM de su teléfono móvil, al igual que el IMSI.
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Dos algoritmos denominados A3 y A8.
El algoritmo A3 se utiliza para la autentificación
El A8 para la generación de la clave de cifrado de la información.
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Mediante la clave y los algoritmos se generan y se envían al HLR las
Tripletas de autenticación para cada usuario.
Un número aleatorio (RAND),
Respuesta que debe proporcionar el móvil cuando se le envía ese número aleatorio (SRES),
Registro de Identidad de Equipos (EIR)
El EIR (Equipment Identity Register) es una base de datos que
contiene las identidades de los equipos móviles:
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IMEI (International Mobile Equipment Identity), identifica a los equipos
por sus códigos de fabricación y homologación.
9
Cuando un teléfono móvil trata de realizar una llamada, el MSC consulta
al EIR la validez del IMEI de ese equipo. En el EIR hay tres listas de
aparatos:
Lista “blanca”, donde figuran las identidades de aparatos autorizados para el acceso.
Lista “negra”, que contiene las identidades de equipos que tienen prohibido el acceso,
Por ejemplo porque han sido denunciados como robados o utilizados de una forma ilegal,
También la de aquellos equipos que no pueden acceder al sistema porque podrían producir graves problemas técnicos.
Lista “gris”, donde están las identidades de equipos en observación, por ejemplo porque se ha detectado en ellos algún tipo de fallo.
Subsistema de Estación Base (BSS ).
El BSS comprende el conjunto de equipos utilizados para
proporcionar cobertura radioeléctrica en el área celular
Entidad responsable del establecimiento de las comunicaciones con
las MS que se encuentran dentro de su área de influencia.
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Este área puede estar constituida por una o más BTS, y éstas a su vez
pueden integrar una o más células radio.
El BSS desempeña las siguientes funciones:
Transmisión/recepción radioeléctrica, a través de la interfaz Um. Establecimiento, supervisión y conclusión de las llamadas.
Traspaso entre BTS controladas por el mismo BSC. Procesado de voz y adaptación de velocidad.
Control de equipos y funciones de reconfiguración. Control de mantenimiento rutinario.
El sistema de estación base se divide en dos partes:
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Las estaciones transceptoras de base, BTS (Base Transceiver Station)
Subsistema de Estación Base (BSS ).
Existen dos tipos de BSS:
9
El BSS Integrado, BSC y una BTS integrados
en un mismo equipo.
9
El BSS Separado, donde el BSC entidad distinta
de las estaciones base, a las que se conecta
mediante una interfaz normalizada, A-bis.
A-bis BSC BTS BTS BSS OMC MSC A
Clasificación de BSS
BSS Salto Control de Tx lento frec. Potencia discontinuaClase 1 No No No Clase 2 No Sí No Clase 3 Sí No No Clase 4 Sí Sí No Clase 5 No No Sí Clase 6 No Sí Sí Clase 7 Sí No Sí Clase 8 Sí Sí Sí
Controlador de Estación Base (BSC ).
Maneja las funciones de control radio de la red GSM.
9
Se encarga de la gestión de los recursos radio de varias BTS:
Asignación, utilización y liberalización de las frecuencias, traspasos, funcionamiento con saltos de frecuencia.
Funciones
9
Gestión de canales en el enlace
BSC-MSC
. Indicación de bloqueo.
9
Gestión de canales en el enlace
BSC-BTS.
Asignación de canal.
9
Gestión de canales de radio.
Configuración de los canales radio (que recibe a través del OMC ).
Gestión de secuencia de salto de frecuencia (enviada al BSC por el OMC). Estas son enviadas por el BSC hacia las correspondientes BTSs.
Selección de canal, supervisión del enlace radio y liberación de canal. Control de potencia en el móvil:
Control de potencia en la BTS: Determinación del nivel de potencia necesario en cada uno de los transmisores de la BTS.
Determinación del grupo de aviso, correspondiente a un móvil, y envío de esta información hacia la BTS.
Tranceptor de Estación Base (BTS ).
Elementos y funciones:
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Equipos transmisores-receptores de radio (transceptores), los elementos
de conexión al sistema radiante (combinadores, multiacopladores, cables
coaxiales), las antenas y las instalaciones accesorias (torre soporte,
pararrayos, tomas de tierra, etc.).
9
Gestión de canales terrestres
BSC-BTS
. Indicación de bloqueo.
9
Gestión de canales de radio.
Realización de salto lento de frecuencia.
Supervisión de canales libres, y envío de información de éstos hacia el BSC Temporización de bloques BCCH/CCCH.
Detección de accesos al sistema por parte de las MSs. Codificación y entrelazado para protección de errores.
Determinación del avance de temporización en comunicación con el móvil.
Medidas de intensidad de campo y calidad de las señales recibidas de los móviles (enlace ascendente). Recepción de medidas enviadas por los móviles sobre condiciones de intensidad y calidad de las señales recibidas por ellos en esta célula y en las células adyacentes (enlace descendente).
Construcción de los mensajes de aviso
Detección de acceso por traspaso de un móvil,
Estación Móvil (MS).
Entidad que establece la unión entre el usuario y el sistema fijo de la
red
GSM
a través del interfaz
U
m.para acceder a los servicios
proporcionados por la red.
9
Se ha espe-cificado este interfaz de forma que las tecnologías de MS y
de red GSM puedan evolucionar por separado
La estación móvil se compone funcionalmente de dos partes:
9
Equipo terminal (TE: Terminal Equipment). Con dos tipos TE1 (ISDN),
TE2 otros interfaces.
9
Terminal móvil, (MT: Movil Terminal). Que puede ser de tres tipos: MT0
(servicio telefónico básico), MT1 (interfaces ISDN), MT2 (interfaces no
ISDN). El MT tiene tres unidades funcionales básicas:
Interfaces con el usuario: micrófono, auricular, teclado y pantalla de visualización.
Radiomódem, unidad con procesado digital de señal DSP.
Estación Móvil (MS).
La MT realiza las siguientes funciones:
Capacidades del terminal, incluyendo la interfaz hombre-máquina. Transmisión de radio y gestión de canales radio.
Sintonización de frecuencias y seguimiento automático de las estaciones base. Procesamiento de la voz: conversión analógico/digital y viceversa.
Protección de errores: ARQ y FEC (para señalización y datos de usuarios, excepto servicios transparentes de datos).
Control del flujo de señalización entre el usuario y el sistema.
Control de flujo de datos de usuario (a excepción de servicios transparentes de datos)
Adaptación de velocidad de datos de usuario y velocidad del canal de radio Gestión de la movilidad.
Clasificación de las MS
9
Bandas de frecuencia:
monobanda, banda dual y tribanda (con 1900) .9
Según su modo de utilización: Eqipo móvil,transportable, portátil.
9
Clasificación según la potencia de salida:
Clase 1: 20 W Móvil Clase 2: 8W Vehículo y Transportable
Clase 3 5 W Portátil Clase 4 2W Portátil
Módulo de identificación del usuario (SIM).
Para que una estación móvil pueda funcionar necesita tener
introducido el SIM (Subscriber Identity Module)
PIN/PIN2: Número de identificación personal PUK/PUK2: Clave de desbloqueo del PIN Tabla SIM: Servicios y funcionalidades SIM Idioma: al encender el móvil
Algoritmos A3 y A8: Autenticación y obtención de Kc Clave Ki: valor individual conocido en SIM y HLR Clave Kc: Resultado de A8, Ki y el número RAND CKSN: Número de secuencia de la clave de cifrado. IMSI: Identificador del abonado móvil internacional MSISDN: número ISDN del abonado
Clase de control de Acceso
TMSI: Identidad temporal del abonado móvil
Valor de T3212: actualización de localización.
LAI: Información del área de localización y estatus. NCC (códigos de color de red) o PLMNs restringidas NCC, MCC y MNC, códigos del país, red y color de red Datos de la Red móvil
ARFCNs: Números de los canales de radiofrecuencia Datos de Roaming
Datos del abonado Datos relativos a la seguridad
Subsistema de Operación y Mantenimiento (OMSS)
Gestión, Explotación y Mantenimiento del sistema GSM.
9
Estructura muy compleja, (equipos, líneas, instalaciones y programas).
9
Las funciones de operación y mantenimiento son vitales para la explotación
de la red por sus repercusiones económicas y su influencia en el grado de
calidad que el operador debe ofrecer a sus clientes.
Centro de explotación de Red
(NMC:Network Management Center).
9
Constituye la máxima jerarquía dentro del sistema de Explotación.
Centro de Operación y Mantenimiento (OMC Operating&Maintenance
Center)
9
Funciones de Explotación de una o varias entidades del sistema GSM.
Administración y Comercial . Gestión de cambios en la Red. Operación de la Red.
Supervisión de la Calidad de Funcionamiento de la Red. Mantenimiento.
Tarificación.
Sistema de numeración en GSM
IMSI (International Mobile Subscriber Identity)
9
Identidad internacional del cliente móvil (único para cada usuario)
9
Estructura del IMSI: 15 caracteres numéricos.
MCC (Mobile Country Code): España 214. MNC (Mobile Network Code): Airtel 01.
MSIN (Mobile Subscriber Identification Number): identifica al cliente en cuestión dentro de su red GSM. lo asigna cada operador
TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity).
9
Lo asigna el VLR para asegurar la privacidad del IMSI y evitar que esté en
la interfaz radio. Definido por el operador y el suministrador.
9
La longitud del TMSI es 4 octetos,
Una parte de los mismos debe incluir información relacionada con la hora TMSI debe asignarse siempre de forma cifrada.
Sistema de numeración en GSM
MSISDN (Mobile Station International ISDN Number)
9
Número ISDN internacional de la estación móvil. Identifica de forma única
al móvil dentro del plan de numeración de la red telefónica pública.
CC (Country Code): El de España es el 34.
NDC (National Destination Code): códigos para cada red GSM. 686, 636, SN (Subscriber Number) dígitos que identifican al cliente. En España 6 cífras
MSRN (Mobile Station Roaming Number)
9
Número de itinerancia
Cuando una llamada llega al GMSC, éste interroga al HLR para saber donde está el móvil llamado y le pasa como parámetro el MSISDN de dicho móvil.
El HLR busca en su base de datos el VLR en que se encuentra el móvil en cuestión y le pide que le envíe un MSRN para dicho móvil.
Una vez que el VLR le ha enviado el MSRN al HLR, éste se lo remite al GMSC.
Plan de numeración para estaciones móviles
Sistema de numeración en GSM
IMEI (International Mobile Equipment Identity)
9
Identifica a dicho equipo de forma unívoca.
9
Puede ser requerido por el EIR de cualquier red GSM para validar el
terminal.
TAC (Type Approval Code): 6 dígitos. equipo aprobado por organismo GSM. FAC (Final Assembly Code): 2 dígitos. Código que identifica al fabricante. SNR (Serial NumbeR): es el número de serie único.
SPare digit: este dígito debe ser 0 cuando lo transmite el móvil y aparece por primera vez en las especificaciones de GSM 2+.
Identificación del equipo móvil
Identificación de MSC/VLR y HLR
SPC (Signalling Point Code)
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identifica a los MSC, VLR y HLR de cada red GSM y/o por sus números
del plan internacional de PSTN/ISDN, de forma que tengan una dirección
a la que se puedan encaminar las llamadas.
Sistema de numeración en GSM
Identificación de áreas de localización y estaciones base
LAI Identificación del área de localización.
MCC (Mobile Country Code) + MNC (Mobile Network Code)+
LAC (Location Area Code): número de longitud fija e igual a dos octetos que identifica un área de localización dentro de una red GSM.
CI (Cell Identity). Identifica a la celda dentro del área de
localización. LAI+CI = CGI (Cell Global Identification).
BSIC (Base Station Identity Code)
9
Código que permite al móvil distinguir entre celdas vecinas.
NCC (Network Colour Code): Iidentifica a la red.
Otros números:
BCC (Base Station Colour Code): Identifica a la estación base.
9
HON (HandOver Number).
Interfaces y Señalización en GSM
En GSM se han establecido dos sistemas de señalización:
9
El propio de toda red telefónica, para el SSS. SS CCITT Nº 7), con
diferentes “partes” o protocolos de alto nivel
MAP ( Mobile Application Part) entre las unidades del NSS.
ISUP (ISDN User Part) para las partes usuario de ISDN
TUP (Telephone User Part) para interfuncionamientos con PSTN.
Otras partes de aplicación: BSSAP, BSSOMAP, DTAP.
9
Un sistema especifico para el BSS
y las interfaces A y Um entre BTS
y MS, que sustenta las funciones
propias de la movilidad.
Nivel 1, Nivel 2 (LAPD, y LAPDm) y nivel 3 (CM, MM y RR). BSS NSS BSC BTS MS PSTN MAP MAP MAP MAP MAP MAP ISUP ISUP TUP BSSAP LAPD LAPDm E A A-bis Um B F C H D GMSC MSC ISDN MSC HLR AUC G VLR VLR EIR MSC
Señalización e Interfaces en NSS y con redes fijas
SS Nº 7, para los interfaces B, C, D, F y G
9
Partes de aplicación:
MAP. controla las colas de las bases de datos. Localización, Handover, Seguridad, SMS,
TUP, ISUP. Funcionamiento con otras redes
64 Kbit/s (08.54) MTP TU P IS U P INUP MUP SCCP TACP 64 Kbit/s (08.54) MTP TU P IS U P INAP MA P SCCP TACP MSC PSTN ISDN B,C...F Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 Subsistemas Interfaces
9
Otras:
TCAP (Transaction Capabilities
Application Part):
procedimiento de llamadas. INAP (Intelligent Network
Application Part): Implementa servicios suplementarios de red inteligente,
Interfaces en NSS y OMSS .
Interfaz B (MSC-VLR).
Gestión y seguimiento de móviles
.
Interfaz C (GMSC-HLR).
Tarificación. Direccionamiento de móviles.
Interfaz D (HLR-VLR).
9
Intercambia información entre ambas bases de datos, relativas a la
posición del móvil y a la gestión del servicio contratado por el cliente.
Interfaz E (MSC-MSC).
Intercambia la información necesaria para
iniciar y realizar un traspaso Inter-MSC,
Interfaz F (MSC-EIR).
9
Se utiliza cuando el MSC quiere comprobar el IMEI de un equipo.
Interfaz G (VLR-VLR).
9
MS inicia la petición de actualización en un nuevo VLR utilizando el TMSI.
Interfaz H (HLR-AuC).
9
Utilizada por el HLR para solicitar tripletas al AuC, cuando no dispone de
ellas.
9
Protocolo no estándar. Muchas veces, se encuentran nodos HLR/AuC
integrados, en los que esta interfaz es interna.
Interfaz en el OMSS y con las demás entidades GSM.
Señalización e Interfaces con el subsistema BSS
Torre de protocolos con y desde el BSS:
RADIO (04.04) RADIO (04.04) 64 Kbit/s (08.54) 64 Kbit/s (08.54) 64 Kbit/s (08.54) 64 Kbit/s (08.54) LAP-Dm (04.05/08) LAP-Dm (04.05/08) LAP-D (08.58) LAP-D (08.58) RR (04.08) MM (04.08) CM (04.08) RR’ (04.08) BTSM (08.58) (08.58)BTSM RR’ (04.08) SCCP MTP (08.08) SCCP MTP (08.08) BSSAP (08.08) BSSAP (08.08) BSS MAP CM MM DTAP MS BST MSC Nivel 1 Nivel 2 Nivel 3 Interfaz Sub-sistema Um Abis A BSC
Interfaz A (MSC-BSC).
9
Se utiliza para intercambiar información del subsistema BSS, sobre la
gestión de las llamadas y de la movilidad y de los recursos radio.
En el nivel 3: protocolo de Parte de Aplicación del Sistema de Estación Base, (BSSAP). Transferencia de mensajes CM y MM
En el nivel 2 el protocolo de Parte de Transferencia de Mensajes (MTP), y Parte de Control de la conexión de Señalización (SCCP).
Los canales de tráfico (TCH) pueden ser transportados en un circuito de 64 Kbit/s dentro de una estructura E1 de 2 Mbit/s (30 canales de tráfico + 2 de señalización),
Interfaz A-bis (BSC-BTS).
9
Permite conectar de una forma normalizada las BTS y el BSC,
En la capa 3: BTSM (BTS Managament)
En la capa 2 o nivel de enlace de datos utiliza el protocolo LAPD. Detección/corrección de errores y delimitación/secuenciación de tramas.
En el nivel físico puede utilizar enlaces a 2 Mbit/s o a 64 Kbit/s, adaptando la velocidad de GSM mediante unidades de transcodificación (TRAU).
13,6 kbit/s para la información del usuario y 2,4 para señalización asociada. Un time-slot radio sobre un circuito A bis con una capacidad fija de 16 Kbps. (4 en 64 Kbits/s)
Interfaz Um (BSS-MS)
Gestión de la Conexión CM
CC SS SMS
Gestión de la Movilidad MM
Gestión de Recursos Radio RR
Lap-Dm
Capa Física
BCCH PCH AGCH RACH SDCCH SACCH FA
CC H Funciones de Difusión Celular CB CH TCH BTS BSC MSC/ VLR HLR Um MM MM + CM RR MS
Estructura de Canales Lógicos
RADIODIFUSIÓN EN UNA CÉLULA (CBCH) (EB Æ M)
FACCH (Canal asociado rápido) SACCH (Canal asociado lento) SDCCH (Control dedicado) CONTROL DEDICADO (DCCH) (EB ÅÆ M)
AGCH (Asigna acceso ) (EB Æ M) RACH (Acceso aleatorio) (EB Å M) PCH (Canal de llamada) (EB Æ M) CONTROL COMÚN (CCCH)
BCCH (Control general de móviles) SCH (Sincronización)
FCCH (Corrección de frecuencia) DIFUSIÓN (BCH) (EB -Æ M)
CANALES DE CONTROL (Señalización) VELOCIDAD MITAD TCH/H
VOZ Y DATOS VELOCIDAD COMPLETA TCH/F
Canales Lógicos.
Canales de Tráfico:
9
Constituido físicamente por un par de portadoras y de intervalos de
tiempo, asignados a un móvil para efectuar una comunicación.
9
Estos canales servirán para llevar la voz codificada o los datos de
usuario en forma de ráfagas. Dos grupos: Voz y Datos.
9
Canales de Voz:
velocidad total, TCH/F (TCH Full rate), 22,8 Kbit/seg velocidad mitad, TCH/H (TCH Half rate). 11,4 Kbit/seg
9
Canales de Datos:
TCH/F 9,6; TCH/H 9,6. Velocidad completa y mitad a 9,6 Kbit/seg TCH/F 4,8; TCH/H 4,8
TCH/F 2,4; TCH/H 2,4
Canales de Señalización
9
Formado por un par de portadoras en sentido ascendente (móvil-base)
y descendente (base-móvil), cuyos intervalos de tiempo sustentan una
serie de canales comunes de control.
Canales Lógicos.
CANALES DE DIFUSIÓN (BCH’s)
Están permanentemente activos y difunden información general de la red móvil (PLMN), y parámetros de configuración del sistema.
Canal de corrección de frecuencia. (FCCH)
BS Æ MS
Permite la adecuada sintonización del móvil.
Canal de sincronización. (SCH)
BS Æ MS
Número de trama: RFN: 0 a 51x26x2047 = 2715647. Identificador de la BTS: BSIC 6 bits.
Canal de control de radiodifusión. (BCCH)
BS Æ MS
Identidad de la red GSM.
Frecuencias usadas en la celda y las f0 de celdas vecinas. La identidad de la celda y del área asociado (VLR).
Número de time slots en f0 para paging y asignación. Máxima potencia a usar en los canales de control. Mínimo nivel de recepción para acceder al sistema. Nº máximo de repeticiones de canal de señalización.
Nº de multitramas en reposo entre un paging y el siguiente. Nº de time slots que se usaran para paging (0, 2, 4 ó 6)
Canales Lógicos.
CANALES DE CONTROL COMÚN (CCCH).
9
Sirven para regular el acceso de los terminales al sistema. Están
permanentemente a disposición de estos
Canal de llamada. (PCH)
BS Æ MS
Cuando hay una llamada hacia ellos o cuando se les indica que tienen un canal de tráfico disponible para la llamada que pretenden realizar.
Contiene el número de identidad del móvil. El móvil escucha este canal a ciertos intervalos, cuando reconoce su propio número contesta.
Canal de acceso aleatorio. (RACH)
MS
Å
BS
Utilizado para el registro, establecimiento de la llamada y petición de una canal de control dedicado (SDCCH) por parte de un móvil. (protocolo ALOHA) Ocho bits: Razón de la petición de canal y referencia aleatoria.
Diez bits: Paridad e identidad de la E. B. a la que se dirige.
Margen de guarda para posibles desfases correspondientes a la situación del móvil frente a la estación base. Desplazamientos de hasta 35 Km.
Canal de asignación. (AGCH)
BS Æ MS
Canales Lógicos.
CANALES DE CONTROL DEDICADO (DCCH).
Son canales dedicados a
funciones específicas y se asocian a cada comunicación
Canal de control dedicado único. (SDCCH),
BS ÅÆ MS
Cada BSS emite canales de control dedicado para señalización. En f0 hasta cuatro canales. En fx hasta ocho canales.
Por ellos se envían mensajes del nivel 2, protocolo HDLC, LAPDm
.
Canales de control asociados. (SACCH, FACCH)
BS ÅÆ MS
Avance de tiempo, (corrección de distancia). Potencia a utilizar. Frecuencias f0 de celdas vecinas a observar. BS Ó MS
Medidas de nivel y calidad de los canales de difusión. Identidad BSIC
correspondiente. Medidas de la frecuencia que soporta al canal dedicado al que se asocia. MS Ó BS
FACCH. Canal asociado rápido, asociado a canales de tráfico mediante robo de estos. Por ejemplo para transpasos
Canal de radiodifusión en una célula. (CBCH)
BS Æ MS.
Canal radio GSM
MS se comunica con una BTS mediante un radiocanal FDD.
9
Radiocanal: dos frecuencias distintas, una para el enlace ascendente
(UL: MS-BTS) y otra para el descendente (DL (BTS-MS).
Bandas de frecuencias.
Parámetro GSM-900 E-GSM GSM-1800 GSM-1900 Frecuencias (MHz) Móvil-Base Base-Móvil 890-915 935-960 880-915 925-960 1710-1785 1805-1880 1850-1910 1930-1990 Distancia de Duplexado 45 MHz 45 MHz 95 MHz 80 MHzAncho de banda total (MHz) 25 + 25 35 + 35 75 + 75 60 + 60
Ancho de banda radiocanal 200 (KHz) 200(KHz) 200 (KHz) 200 (KHz)
Canalización de frecuencias
Canalización:
200 KHz (100 KHz de guarda en cada extremo)
9
Cada radiocanal se designa mediante un número absoluto de canal RF,
ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number).
La diferencia entre una frecuencia y su homóloga es igual a 45 MHz para facilitar la generación de ambas en los transceptores.
GSM-900: FU (n) = 890 + 0,2·(n); n= 1,2,.... 124, FD (n) = FU + 45 MHz. E- GSM: FU (n) = 890 + 0,2·(n-1024); n= 975,.. 1023. GSM-1800: FU (n) = 1710,2 + 0,2·(n-512); n= 512,.... 885, FD (n) = FU + 95 MHz. 124 1 2 1 2 124 20 MHz 200 KHz 25 MHz 200 KHz 25 MHz UL DL 890 MHz 915 MHz 935 MHz 960 MHz
Técnica de Acceso Múltiple:
TDMA/FDMA.
9
La interfaz radio GSM utiliza un método de acceso múltiple que
combina por un lado el acceso por división de frecuencia, FDMA
(Frequency Division Multiple Access), con el acceso por división en el
tiempo TDMA (Time Division Multiple Access).
Para ello, se divide el eje temporal en “tramas”, subdivididas cada una de ellas en 8 intervalos de tiempo, TS (Time-Slots). De esta forma se
proporcionan 8 canales físicos sobre cada radiocanal.
(16 canales temporales por portadora en sistemas Half Rate)
0 1 2 3 4 5 6 7
1 TRAMA TDMA = 8 CANALES (120/26=4,615 ms)
Construcción de Ráfagas (burst)
0 1 2 3 4 5 6 7
1 TRAMA TDMA = 8 CANALES (120/26=4,615 ms)
1 CANAL = DURACION 156,25 Bits (0,577 ms) 1 Bit, DURACION 3,69 µs TB 3 TB3 GP 8,25 BITS ENCRIPTADOS BITS ENCRIPTADOS 58 bits (57 de voz y 1 de bandera)
ENTRENAMIENTO 26
RAFAGA NORMAL (DUMMY)
TB 3 TB 3 GP 8,25 BITS FIJOS (todos a 0)
142
RAFAGA DECORRECIÓN DE FRECUENCIA
TB 3 TB 3 GP 8,25 BITS ENCRIPTADOS 39 BITS ENCRIPTADOS 39 ENTRENAMIENTO 64
RAFAGA DE SINCRONIZACIÓN Información del número de Trama y el código de identificación de la BS (BSIC)
TB 8 TB 3 GUARDA EXTENDIDA 68,25 SINCRONIZACION 41 BITS ENCRIPTADOS 36 RAFAGA DE ACCESO TB: BITS DE CCOLA: 000 GP: BITS DE GUARDA
Multiplexación de canales Lógicos en canales físicos
Asignación de una frecuencia y un intervalo a un canal lógico para ser
transmitido.
Cada (BTS) n portadoras: C0 ,...Cn , con 8 (TS).
C. LÓGICOS C. LÓGICOS
C. CONTROL
C. CONTROL C. TRÁFICOC. TRÁFICO
BCH
BCH CCCHCCCH DCCHDCCH
PCH
PCH AGCHAGCH RACHRACH
SCH
SCH FCCHFCCH BCCHBCCH SDCCHSDCCH SACCHSACCH FACCHFACCH
Full rate & EFR Full rate & EFR Half rate Half rate Ráfaga de Sincronizac. Ráfaga de Sincronizac. Ráfaga de corrección frecuencia Ráfaga de corrección frecuencia Ráfaga normal Ráfaga
normal Ráfagadummy Ráfaga dummy Ráfaga Acceso Ráfaga Acceso TS 0 Portadora C0 TS 1 Portadora C0 TS2-TS7 en C0 C1....Cn
Canales físicos : Retardo temporal
Las tramas TDMA de todos los canales de radiofrecuencia tanto en
el Ul como en el DL deben estar perfectamente alineadas.
9
Pero en una BTS el comienzo de una trama TDMA en el UL se retrasa
3 TS respecto al principio de la trama TDMA en el DL.
En el móvil desplazamiento variable para ajustar el retardo de propagación, de forma que la transmisión del comienzo de la trama UL llegue a la estación base exactamente 3 TS después de la trama DL
Mismo número de TS en el UL y el DL, sin tener que transmitir y recibir a la vez. No se necesita un duplexor en el móvil.
Estructura de Tramas y Multitramas
Número de trama: 0 a FN max= 26 x 51 x 2048 = 2.715.647
Tres tipos de multitrama: discurren en paralelo sobre la supertrama
9 26 (MF26) Para canales de tráfico. (TCH)9 51 (MF51) y 102 (MF102) para señalización.
1 2
0 1 2 3 4 5 6 7
1 TRAMA TDMA = 8 CANALES (4,615 ms)
2047 HIPERTRAMA = 2.048 SUPERTRAMAS = 2.715.648 TRAMAS TDMA
3 HORAS, 28 MIN, 53 s, 760 ms 0 49 50 SUPERTRAMA 6,12 s 1 0 SUPERTRAMA 120 ms 6,12 s MULTITRAMA 26 24 25 0 1 MULTITRAMA 51 49 50 235,38 ms 0 1 2 24 25 1 0 multitramas de canales de tráfico (MF26) multitramas de canales de señalización y control MF51
Multitramas.
Multitrama para canales tráfico (TCH). MF26. Duración 120 ms
9
Cualquier TS en cualquier portadora, excepto TS 0 en C 0. La composición
es la misma, independientemente del sentido del enlace.
9
Existen dos opciones:
TCH/F + SACCH/F +FACCH/F (canales de tráfico de velocidad completa). TCH/H + SACCH/H +FACCH/H (canales de tráfico de velocidad mitad).
T: Trama TDMA para TCH
I: Trama libre: escucha otras portadoras A: Trama TDMA para SACCH
T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T T
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
Multitrama MF26 = 26 tramas = 120 ms
Trama = 8 TS = 4,615 ms
Multitramas
Multitrama MF51 (51 tramas) para señalización. Duración 235,38 ms
9
Canales BCCH y CCCH:TS 0 en la portadora C 0.
Todos los móviles utilizan esta configuración desde el instante en que se encienden. Uso compartido por todos los móviles dentro de la célula.
R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R F S B C F S C C F S C C F S C C F S C C 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 CCCH (RACH) Sentido Móvil-Base 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2
FREC: C0 INTERVALO DE TIEMPO: 0 TRAMAS TDMA
51 TRAMAS BCCH +CCCH
Sentido Base - Móvil
R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R
F: TRAMA PARA FCCH S: TRAMA PARA SCH B: TRAMA PARA BCCH C: TRAMA PARA CCCH = PCH +AGCH
R: TRAMA PARA RACH
51 TRAMAS
Multitramas
Multitrama MF102 (102 tramas) para señalización. Duración 471 ms.
9
Canales SDCCH/8 y BCCH + CCCH + SDCCH/4
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 A3 I I I D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A4 A5 A6 A7 I I I Base -Móvil 2 * 51 TRAMAS 8 SDCCH + SACCH D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 I I I D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A5 A6 A7 I I I Móvil - Base A1 A0 A4 A2 A3 2 * 51 TRAMAS BCCH+ CCCH + 4 SDCCH FS B C FS C C F S D0 D1 F S D2 D3 F S A0 A1 I FS B C FS C C F S D0 D1 F S D2 D3 F S A2 A3 I D3 A0 A1 D3 A2 A3 D0 D1 D2 D0 D1 D2 R R R R R R R R Base -Móvil Móvil - Base R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R RR R R R R R R RR R R R R R R RR R R R R R RF: TRAMA PARA FCCH S: TRAMA PARA SCCH B: TRAMA PARA BCCH
C: TRAMA PARA CCCH R: TRAMA PARA RACH D: TRAMA PARA SDCCH A: TRAMA PARA SACCH
Necesarios para que el sistema TDMA funcione correctamente.
9
Se desconoce, la situación relativa del móvil respecto a la estación base.
9
La estación base evalúa la distancia a que se encuentra un MS y le indica
el retardo con que debe transmitir para evitar que se produzcan
solapamientos entre emisiones procedentes de diferentes móviles
9
Aspectos en el proceso de sincronización:
Sincronización del reloj de la estación móvil con el de la estación base Alineación temporal del móvil con la estación base
Compensación de la distancia entre el móvil y la estación base, TA (Timing Advance) evaluado y enviado por la BSC
9
Cada unidad de Timing Advance equivale a un retardo de transmisión
igual a la duración de intervalo de bit en el trayecto de ida y vuelta .
Cada unidad de TA equivale a unos 550 m. TA = 1 el móvil se encuentra a una distancia de ella comprendida entre 550 m y 1.100 m.
No es posible mayor precisión debido a que la estación base cuantifica el retardo medido en unidades de intervalo de bit.
Procesos de transmisión/recepción.
Proceso que sufre la señal vocal (analógica) desde el micrófono del
equipo móvil hasta su modulación y salida al canal Radio.
Micrófono Conversor A/D
Codificación Voz Codificación Canal Entrelazado Cifrado Ráfagas Modulador Transmisor 33,8 Kb/s Antena 8 KHz 13 Kb/s 13 bits Datos Conversor D /A Decodificación Voz Decod. Canal Desentrelazado Descifrado Ecualización Adaptativa Receptor Demodulador Datos Altavoz 22,8 Kb/s
Conversión A/D.
En el sistema GSM, el proceso de conversión A/D se realiza mediante
la técnica PCM (Pulse Code Modulation). La conversión de la señal
vocal se puede dividir en tres pasos:
9 1
) Muestreo de la señal
analógica. 8 KHz/s.
9
2) Cuantización de las
muestras. 8192 niveles
(13 bits muestra)
9
3) Codificación de los bits
Codificación de Voz.
Eliminar la redundancia inherente a la información vocal y minimizar
de esta forma la cantidad de información a transmitir.
El estándar GSM (Rec. serie 06)
contempla varias posibilidades
Velocidad total, FR (Full-Rate,voz codificada a 13 Kbit/s)
Velocidad mitad, HR (Half-Rate, voz codificada a 6,5 Kbit/s). Velocidad total mejorada, EFR
(Enhanced Full-Rate 15,1 Kbit/s).
RPE-LTP (Regular Pulse Excited
Long-Term Prediction).
9
Codec predictivo lineal excitado
por pulsos regulares con predictor
a largo plazo,
Segmentación, bloques de 20 ms;
Codificación Canal
.
Protección de la información digital (voz, datos, señalización). k bits
9
Mediante la adición de r = n - k bits de redundancia contra los errores
producidos por las anomalías y pertubaciones de la transmisión.
Al cociente k/n, se le llama tasa del código (Code Rate).
GSM se utiliza una estructura de codificación, consistente en una
concatenación de dos códigos: Rec. GSM 05.03.
9
Código externo de tipo bloque, utilizado como detector de errores.
Con error se pierde alguna componente de voz, sustituyéndose la información perdida por otra extrapolada a partir de muestras previas.
9
Código interno de tipo convolucional, empleado como corrector de
errores, con una redundancia que depende del tipo de canal.
Un único tipo de código convolucional se adapta a los diferentes canales mediante una técnica de "puncturing".
Se consideran por separado la codificación de la información de tráfico (voz/datos) y la de la señalización, ya que son algo diferentes entre si
Codificación Canal
.
(II)
Codificación de los bits de la señal vocal
9
Los 260 bits cada 20 ms del RPE-LTP se clasifican en tres categorías: Ia,
Ib y II, según su importancia y sensibilidad frente a los errores.
Los bits de clase Ia (50), se codifican según un código bloque (50,53).
Estos, junto con los 132 bits de clase Ib y 4 bits de cola, se codifican con un código convolucional de rendimiento 1/2 y longitud obligada 5, convirtiéndose en 378 bits,
Se añaden los 78 bits de la clase II, formándose un grupo de 456 bits. El porcentaje de bits protegidos es 182/260 (70%).
Vb = 13·(456/260) = 22,8 kbit/s Clase Ia 50 bits 260 bits de Voz Clase II 78 bits Codificador bloque 50+3 Cola 4 bits Clase Ib 132 bits Codificador Convolucional 1:2 53 bits 378 bits 456 bits
Codificación de los bits de señalización:
Se agrupan en 23 octetos (184 bits) y se aplican a un código FIRE con 40 bits de redundancia (184,224)
Se añaden 4 bits de cola y se pasan a un codificador convolucional 1:2 y longitud obligada 5.
Entrelazado extendido a 4 tramas
Codificación para la transmisión de datos:
Velocidad máxima de 9,6 Kbit/s, (4,8 y 2,4 Kbit/s adicionales) Adaptación de velocidad: 12 Kbit/s (6 y 3,6 Kbit/s)
Se obtienen grupos de 240 bits en 20 ms (120 y 72) Códigos convolucionales para obtener 456 bits (228).
Se transmiten a lo largo de 19 tramas con 24 bits por intervalo (TS) siendo, por lo tanto, la profundidad del entrelazado igual a 19.
Codificación Canal
.
(III)
4 228 456 Código Convolucional (1:2) Código Fire 184 184 40
Los 456 bits codificados de cada segmento se distribuyen en tramas
TDMA sucesivas a fin de que los errores agrupados que introduce el
canal móvil no afecten a bits consecutivos.
9
Primer nivel de entrelazado: 456 bits/20 ms en 8 bloques de 57 bits.
Se escriben por filas y se leen por columnas.
9
Segundo nivel de entrelazado:, En una ráfaga se envía un bloque de un
tramo y otro del siguiente. Retardo = 37,5 ms.
Interleaving (entrelazado)
1 9 17 . . . . 449 2 10 . . . . . 450 3 11 . . . . . 451 4 12 . . . . . 452 5 13 . . . . . 453 6 14 . . . . . 454 7 15 . . . . . 455 8 16 . . . . . 456 57 bits 8 tramas 57 1 26 1 57 3 3 Ráfaga (burst)
Modulación GMSK una vez conformada la ráfaga a 270,833 Kbit/s
9
En las modulaciones PSK convencionales los lóbulos laterales del espectro
decaen con arreglo a la ley de tipo 1/f
2, y para las modulaciones de fase
continua de la forma 1/f
49
GMSK: Gaussian Minimum Shift Key. Rec. GSM 05.04.
Modulación digital de frecuencia con fase continua y prefiltrado Gaussiano.
Envolvente de la onda modulada constante, para que puedan utilizarse amplificadores no lineales (alto rendimiento de potencia).
Generación mediante modulación de frecuencia directa. o en cuadratura.
Posibilidad de aplicación de diversos métodos de detección: Detección coherente. Detección no coherente. Detección diferencial.
Modulación
Respuesta impulsiva y función de
El producto del ancho de banda del filtro gaussiano por el periodo de
bit (Bb*T) caracterizará a la modulación GMSK.
9
Las especificaciones GSM Bb*T=0,3. Rendimiento espectral 1 bit/s/Hz.
La dispersión temporal provoca interferencia entre símbolos
.
Mediante ecualización adaptativa puede solucionarse parcialmente
.
El ecualizador en GSM es el ecualizador de Viterbi
9
Utilización de una secuencia de entrenamiento (traininq sequence)
Ecualización
Se extrae de la ráfaga recibida la secuencia de entrenamiento. Y a partir de ella se estima la respuesta impulsiva del canal. Se convolucionan con la
respuesta impulsiva las señales banda base transmitidas, para calcular las métricas del
algoritmo de Viterbi.
El resultado de este algoritmo es una estimación de la secuencia transmitida.
Necesarias en la frecuencia propia y en las de células vecinas para las
tareas de control del enlace radio.
(Traspasos,Control de potencia, ...).
MS con una llamada en curso está utilizando un TCH de la multitrama MF26. Debido al desplazamiento temporal entre losTS de Tx y Rx, transmitida la
ráfaga a su BTS, dispone de 4 intervalos antes de la ráfaga de respuesta.
La MS utiliza este tiempo para medir la intensidad de señal proveniente de su BTS o de otra BTS vecina previamente identificada (canal SCH en la trama I) Cuando llega la trama I, la MS pasa de la MF26 en la que estaba, a la MF51
de la portadora baliza, B, de una célula vecina y espera la recepción del SCH.
Una vez realizadas las medidas, serán evaluadas y transformadas en
los parámetros RXLEV (nivel se señal en recepción) y RXQUAL (nivel
de calidad en recepción)
Tareas
Mantenimiento de calidad Gestión de tráfico Control de potencia
RXLEV
MS controla RXLEV de su BS y las vecinas RXLEV (rms) rango (-110, -48) dBm
RXQUAL
Calidad de señal RX . Se estima la BER
Otros Parámetros de control
9
Distancia.
Retardo temporal (rango: 0-70 Km)
Control del enlace Radio
RXLEV Potenica. Rx (dBm) 0 < -110 1 (-110, -109) 2 .. 63 > 48 RXQUAL BER % 0 < 0,2 1 0,2 a 0,4 2 0,4 a 0,8 .. 7 > 12,8
Control del enlace Radio (II)
Control de potencia.
9
Adaptación de la potencia transmitida tanto por el móvil como de la
estación base a las condiciones de propagación.
Disminuir la relación C/I aumenta la reutilización. Disminuye el consumo de baterías.
9
Utiliza RXLEV, RXQUAL
medidas por BS y MS
9
Algoritmo competencia del operador
Umbrales superiores e inferiores Potencia en escalones de 2 dB Obligatorio en MS, optativo en BS
Handoff
9
Traspasos de canal
al cambiar de célula
Intracell (mejorar la calidad reasignando canales) Utiliza RXLEV y RXQUAL en BS y MS
fluttering (histéresis). Control P. Pico (dBm) 0 43 1 41 .. 15 13
Control del enlace Radio (III)
Transmisión discontinua (DTx)
9
En los sistemas de telefonía vocal, la actividad de cada uno de los
interlocutores es del 40 % del tiempo por término medio
9
Se transmiten ráfagas por TCH cuando hay muestras de voz.
Mediante detectores de actividad vocal: VAD
Las muestras no transmitidas se rellenan en RX con Confort noise.
9
Aumentar la duración de las baterías.
9
Disminuir la C/I
Recepción discontinua (DRx)
9
Las MS únicamente tienen
que escuchar el PCH cada
cierto número de
Salto de frecuencia
Para disminuir la influencia (errores) de los desvanecimientos por
propagación multitrayecto (selectivo en tiempo y frecuencia).
9
Salto cada ST: 217 saltos/s (SFH). También disminuye C/I.
Secuencia de salto. HSN (Hopping Sequence Number), 0 a 63. Programables por el operador: cíclicas, aleatorias, ortogonales.
GSM se ha diseñado con un elevado grado de seguridad en la interfaz
radio Um. Evitar intrusiones y accesos indebidos y ofrecer máxima
confidencialidad.
9
Seguridad en el acceso (autenticación de usuarios).
Protección al operador, permitiéndose la conexión a la red únicamente a los usuarios que superen un proceso de validación
Autenticación de las MS cada registro en la red o tentativa de llamada. Seguridad en los terminales utilizados: Lista blanca, gris y negra.
Protección al abonado, para que no pueda se identificado por ajenos. (TMSI). Las MS están obligadas a utilizar el mecanismo de autenticación de usuarios y
verificación de equipos antes de: cada registro en la red, cada tentativa de llamada, y al solicitar la obtención de servicios suplementarios.
9
Confidencialidad de los datos de usuario y de la información
Protección mediante cifrado, de la información transmitida, frente a escuchas intencionadas (cifrado y descifrado).
Es el subsistema de conmutación (SSS) el que decide la versión del algoritmo A5 y la clave de cifrado kc que se utilizará cada vez.
Función del AUC.
Proporciona información al MSC/VLR para realizar la
autenticación del subscriptor y establece los procedimientos de cifrado.
9
Proporciona una tripleta de datos:
1. Un número aleatorio no predecible (RAND). 2. Una señal de respuesta (SRES).
3. Una clave de cifrado. (Kc).
9
Generación de tripletas. Al subscribiese, a cada usuario se le asigna
una clave de autenticación (Ki), junto con el IMSI (identificación
internacional del subscriptor) que son almacenadas en el AUC y el SIM
Autenticación.
AUC Ki Base de datos IMSI Ki Generador RAND Algoritmo Autenticación A3 Solicitud de tripleta por el HLR RAND Kc SRES Tripleta al HLR Algoritmo Cifrado A8
Proceso.
9
1. El MSC/VLR transmite RAND al MS.
9
2. MS calcula la firma SRES usando RAND, Ki y el algoritmo A3
9
3. La firma SRES es enviada al MSC/VLR, que procede a la
autenticación, comparando el SRES enviado por el móvil con el
generado internamente. Si son iguales se habilita el acceso.
9
Este proceso se realiza durante:
Cada vez que se registra un subscriptor. Cada establecimiento de llamada.
Cuando se actualiza la localización.
Antes de activar o desactivar servicios suplementarios.
Autenticación.
Generador RAND Algoritmo A3/A8 1. RAND MSC/VLR SIM Ki Móvil 3. SRES 2. Calcula SRES y Kc Kc
La clave kc se calcula a partir de la clave ki
y el número aleatorio RAND (RANDom
number) mediante el algoritmo A8.
9
Se guarda en la memoria no volátil del SIM
La secuencia de cifrado es producida
usando Kc y el número de trama TDMA,
como entradas al algoritmo A5.
9
Nº de trama: 22 bits (0 - 2715.647)
9
Kc: 64 bits
Para proceder al cifrado se manda una
muestra de información: Comando de
modo cifrado (M):
9
La salida del algoritmo A5 es utilizada para
cifrar los datos de información (M) mediante
una operación OR_EXCLUSIVE.
Cifrado.
Algoritmo A5 Nº Trama Kc Datos MMóvil
OR EX Datos cifrados M’
Proceso de Cifrado
1. M y Kc son enviados desde el MSC/VLR a la BTS
2. M es reenviado por la BTS al MS.
3. M es cifrado usando Kc y el número de trama TDMA
mediante el algoritmo A5.
4. El mensaje cifrado M’ es enviado a la BTS.
5. El mensaje cifrado es descifrado en la BTS usando Kc, el
número de trama y el algoritmo A5
6. Si el descifrado fue correcto, se comunica al MSC. Toda la
información en el interfaz aire es ahora cifrado por el mismo
procedimiento.
Existen dos algoritmos A5.
9
A51. Grado militar usado por países pertenecientes a la OTAN.
9
A52. Reemplaza al anterior.
Gestión de movilidad
Registro.
MS apagada Ä Encender MS
(Rec. GSM 03.12):
1. BARRIDO DE FRECUENCIAS. MS explora las portadoras y selecciona la más fuerte. 2. EXTRACCIÓN Y DECODIFICACIÓN BCCH. MS intenta extraer en el intervalo 0 los
canales BCH. Si no es posible se intenta con la siguiente en intensidad.
9 Cuando se detecten los canales anteriores se decodifican las señales de control de
frecuencia y temporización FCCH y SCH. Posteriormente mediante la recepción del BCCH se determina si la transmisión captada pertenece al operador deseado.
9 MS extrae del BCCH el código de Identificación del Área de Localización (LAI)
3. PETICIÓN DE REGISTRO A MSC/VLR. MS envía hacia la BTS el código LAI y un
mensaje de petición de registro, incluido el IMSI/TMSI.
9 El mensaje se encamina hacia la MSC asociada.
9 MSC comunica comunicará al VLR la activación de la MS y registrará su LAI.
9 Si la MS es nueva en ese VLR, este procede a comunicarselo al HLR correspondiente analizando su IMSI.
4
.
AUTENTICACIÓN. Se efectua el procedimiento de autenticación.5. CONFIRMACIÓN. Se informará a la MS de la correcta realización del proceso.
6. MONITORIZACIÓN. Por el canal BCCH se transmite la lista de frecuencias BCCH de
Gestión de movilidad: Registro
MS BSS MSC/VLR HLR 1. Portadoras. C0:BCCH 2. Extracción y decodificación BCCH 4. Solicitud de Autenticación 3.Petición de registro/ actualización4. Procedimiento de Autenticación
5. Confirmación del proceso.
Gestión de movilidad: Traspaso (Inter MSC)
MS BSS-A MSC-A MSC-B Portadoras. BCCH Medidas de nivel y calidad 1. Solicitud de HO-A Envio de medidas BSS-B Decisión HO 2. Solicitud de HO-A3. Reserva Recursos Radio
4. Indicación de HON 5. Conexión 6. Orden Traspaso MSC-B a BSC-B 7. Orden Traspaso a MS 8. Confirmación Traspaso a MSC-B 9. Confirmación HO 10. Reconfiguración Red.
