INTRODUCCIÓN A TECNOLOGÍAS GSM/GPRS/EDGE
INTRODUCCCIÓN A LAS TECNOLOGÍAS GSM/GPRS/EDGE Objetivos del Curso Al completar este curso, el alumno será capaz de: Conocer la evolución, estructura y funcionamiento de las redes móviles GSM. Describir la evolución hacia tercera generación de GSM, incluyendo las tecnologías GPRS y EDGE. Comprender el estado actual de evolución de UMTS como tecnología de tercera generación. 2
INTRODUCCCIÓN A LAS TECNOLOGÍAS GSM/GPRS/EDGE Objetivos del Curso Al completar este curso, el alumno será capaz de: Conocer la evolución, estructura y funcionamiento de las redes móviles GSM. Describir la evolución hacia tercera generación de GSM, incluyendo las tecnologías GPRS y EDGE. Comprender el estado actual de evolución de UMTS como tecnología de tercera generación. 2
INTRODUCCIÓN Primer Radio Rad io Teléfono Teléfono Móvil : 1924 1 924
Courtesy of Rich Howard
3
INTRODUCCIÓN “GSM is now in more countries than
McDonalds” Mike Short, Chairman, GSM MoU Association 1995-96
4
Agenda del Curso Día 1:
Capítulo 1: El Estándar GSM Capítulo 2: Estructura de la red GSM Capítulo 3: Interfaz de Radio (Parte 1)
Día 2:
Capítulo 3: Interfaz de Radio (Parte 2) Capítulo 4: Tratamiento de Llamadas Capítulo 5: Proceso de Handover
Día 3:
Capítulo 6: Features de Radio y Reuso de Frecuencias Capítulo 7: IMT-2000 y Evolución a Tercera Generación 5
Agenda del Curso Día 4:
Capítulo 8: Evolución desde GSM a GPRS Capítulo 9: Evolución desde GSM/GPRS a EDGE y UMTS Capítulo 10: Redes GSM en Chile
Día 5:
Repaso General
6
Capítulo 1 : El Estándar GSM Objetivos del Módulo
Al completar esta lección, el alumno será capaz de: Describir el marco histórico y evolutivo de la tecnología GSM. Mencionar al menos cinco servicios ofrecidos en GSM. Mencionar las tres principales bandas en las que esta tecnología opera en el mundo. 7
Temario Historia de GSM GSM en el Mundo GSM en América Crecimiento de suscriptores
Servicios Estándar GSM
Servicios de Datos
Bandas en GSM
Bandas GSM 1900 8
¿Por qué surge GSM? Antecedentes:
Incompatibilidad entre sistemas existentes en países de CE (encarecimiento de terminales y costos de explotación).
Objetivo:
Desarrollar un estándar único para Europa, flexible, con servicios variados.
Características buscadas:
Localización y seguimiento automático (nacional e internacional) Número de abonado único Gran capacidad de tráfico y utilización de espectro optimizado. Mejor calidad de servicio y mejores facilidades Interconexión con ISDN Seguridad y confidencialidad Terminales más pequeños y baratos Señalización avanzada Equipos y costos de explotación más baratos.
9
Historia de GSM 1978 - Europa reserva 2 x 25 MHz
de espectro en el rango de 900 MHz para comunicaciones móviles. 1982 - Groupe Speciale Mobile formado bajo CEPT (Sigla francesa para Conferencia Europea de Correos y Telecomunicaciones). 1987 – Memorándum de Entendimiento (MoU) firmado por los primeros miembros, lo que incluye acuerdos entre operadores para roaming, aspectos de numeración y enrutamiento, y tarificación 10
Historia de GSM 1988 - GSM transferido al recién formado ETSI (European
Telecommunication Standards Institute). GSM significa ahora Global System for Mobile Communications. 1990 – Especificaciones Fase I orientadas a DCS 1800 1992 - Lanzamiento oficial y comercial de GSM en Europa. 1995 - Especificaciones de GSM orientadas a PCS 1900. 2000 - Responsibilidad para Estándar GSM transferido a 3GPP.
AT&T - lidera a operadores TDMA en anunciar migración a GSM.
2001 - 554 millones de suscriptores en más de 171 países (fin
de Junio).
11
GSM en el Mundo
Datos a 2002
12
GSM en América
GSM countries end-1998: Canada Chile French Caribbean Paraguay US Venezuela
Datos a 2002
13
Crecimiento Mundial en GSM
14
Crecimiento Mundial en GSM Abonados por Tecnología 0,1% 1,7% 4,8% 8,7%
13,3%
71,4%
Analógicos
PDC
TDMA
CDMA
GSM/GPRS
UMTS
Datos a Septiembre de 2003, sobre una base de 1.290M de clientes
15
Servicios Estándar GSM Service Category
Service
Teleservices
Telephony (Speech)
Fase 1 (1992) 'full-rate', 13 kbit/s
Fase 2 (1997) 'half-rate', 6.5 kbit/s
Emergency Calls (Speech) Short Message Services: 'Point-to-Point' and
General improvements
'Point-to-Multipoint' (Cell Broadcast)
Telefax Bearer Services
Asynchronous Data
300 to 9600 bit/s
Synchronous Data
300 to 9600 bit/s
Asynchronous PAD (PacketSwitched, Packet Assembler/Disassembler)Acc ess Synchronous Dedicated Packed Data Access Alternate Speech and Data
300 to 9600 bit/s 2400 to 9600 bit/s
16
Servicios Estándar GSM Supplementary Services
Call Forwarding
All calls, calls when a subscriber is busy, not reachable or not available
Call Barring
e.g. all calls, international calls, incoming calls
Calling/Connected Line Identity Presentation Calling/Connected Line Identity Restriction
Display of calling/called party's directory number before/after call connection
Call Waiting
Informs the user about a second (incoming) call and allows to answer it
Call Hold
Puts an active call 'on hold' in order to answer or originate another (second) call
Multi-Party Communication
Conference calls
Closed User Group
Establishment of groups with limited access
Advice Of Charge
On-line charge information
Unstructured Supplementary Services Data
Offers an open communications link for use between network and user for operator-defined services
Operator Determined Barring
Restriction of different services, call types by the operator
Restricts the display of the calling/called party's number at called party's side before/after call connection
17
Bandas de Frecuencia 849 851
806
894 890 915 935 960
D
U
900 U
D
850
1785 1805
1710
1850
1910 1930 1880
1990
EuropaAsia
D
U
1800 U = Uplink (Enlace desde Móvil a BTS) D = Downlink (Enlace desde BTS a Móvil)
U
D
América
1900
18
Bandas de Frecuencia Uplink(MHz)
Downlink (MHz)
GSM 900
890 – 915
935 – 960
Estándar (GSM)
GSM 1800
1710 – 1785
1805 – 1880
DCS
GSM 1900
1850 – 1910
1930 – 1990
PCS
**************************************************************** GSM 450
450.4 – 457.6 460.4 – 467.6
GSM 480
478.8 – 486
488.8 – 496
E-GSM
880 – 915
925 – 960
Extended
R-GSM
876 – 915
921 – 960
Railways
GSM 850
806 – 849
851 – 894 19
GSM 1900 Bandas
UL:1850 – 1910 MHz
DL:1930 – 1990 MHz
Enlace de Subida (Móvil a Estación Base) Banda PCS MHz
0 5 8 1
A
D 5 6 8 1
EPCS
B 0 7 8 1
TM
E 5 8 8 1
Smartcom
F 0 9 8 1
C 5 9 8 1
TM BSCH
0 1 9 1
EPCS
Enlace de Bajada (Estación Base a Móvil) A
Banda PCS MHz
0 3 9 1
D 5 4 9 1
B 0 5 9 1
E 5 6 9 1
F 0 7 9 1
C 5 7 9 1
0 9 9 1
20
Capítulo 2 : Estructura de la red GSM Objetivos del Módulo
Al completar esta lección, el alumno será capaz de: Indicar los componentes principales de una red GSM, con sus características. Decir cómo se organiza el Área de Servicio en GSM. 21
Temario Arquitectura de Red:
RSS : BSS + MS BSS : BSC + BTSs + Interconexiones MS : ME + SIM
NSS : MSC + DB + IN + VAS OSS
Área de Red en GSM:
PLMN-LA, MSC-SA, LA, CGI 22
Arquitectura de Red GSM MS Mobile Station
BSS
NSS
Base Station Subsystem
Network Subsystem
Other Networks
PSTN ME
SIM
BTS
BSC
MSC/ VLR
GMSC
PLMN
EIR SD
HLR
AUC
Internet
+
OSS
(RSS) Radio Base Station Subsystem
23
Arquitectura de Red GSM: RSS El BSS comprende la red celular móvil hasta los centros de conmutación. Componentes:
BSS (Base Station Subsystem):
Base Transceiver Station (BTS): Equipamiento de radio incluyendo emisor, receptor, antena. Si se usan antenas directivas, una BTS puede cubrir varias celdas. Base Station Controller (BSC): Conmutación entre BTSs, control de las BTSs, manejo de recursos de red, “mapeo” de canales de radio (Um) en canales de transporte (A interface). BSS = BSC + sum(BTS) + interconexión 24
Arquitectura de Red GSM: RSS
Mobile Stations (MS)
Subscriber Identity Module (SIM)
Tarjeta inteligente y removible, con memoria y capacidad de funcionamiento computacional. Necesaria para la operación del MS (mobile station), e involucrada en manejo de localización, autentificación y cifrado. Uno o más números identificatorios por SIM. Una o más SIMs por suscriptor. La SIM permite alcanzar el objetivo de “movilidad personal” (el
suscriptor es el móvil y no el equipo).
Equipo Móvil (ME)
Sin SIM, se permiten sólo llamadas de emergencia. Las llamadas son enrutadas a la SIM, y no al equipo móvil.
MS = ME + SIM 25
Arquitectura de Red GSM: RSS La SIM Card almacena: Datos Permanentes :
Permanent subscriber identity (IMSI) Key (Ki) : Clave de autentificación individual. Algoritmos para autentificación (A3) y encriptación (A8)
Datos Temporales:
Temporary subscriber identity (TMSI) Actual location information (LAI) Datos para Encriptación 26
Arquitectura de Red GSM: NSS NSS es el principal componente de la red p ública móvil GSM (Conmutación, administración de movilidad, interconexión a otras redes, control del sistema). Componentes
Mobile Services Switching Center (MSC):
Controla todas las conexiones ví a una red separada hacia o desde un terminal móvil, que esté dentro del dominio de la MSC. Varias BSCs pueden pertenecer a un MSC.
Bases de Datos:
Home Location Register (HLR)
Base de Datos Maestra Central, que contiene datos de los usuarios, tanto permanentes como variables, asignados al HLR (un proveedor puede tener m ás de un HLR).
Visitor Location Register (VLR)
Base de Datos local para un subconjunto de usuarios, incluyendo datos acerca de todos los usuarios registrados actualmente en el27
Arquitectura de Red GSM: NSS y OSS
Authentication Center (AUC):
Genera parámetros especí ficos de autentificación de usario, a solicitud de un VLR. Los parámetros de autentificación son usados para la autentificación de terminales móviles y encriptación de datos de usuario en la interfaz aérea dentro del sistema GSM.
Equipment Identity Register (EIR):
Registra estaciones móviles GSM y derechos de uso. Equipo robados o adulterados pueden ser bloqueados o incluso localizados.
Operation and Maintenance Center (OMC)
Capacidad de control para el susbsitema de radio y el de red. 28
Arquitectura de Red GSM: NSS
El MSC (Mobile Switching Center) juega un rol central en GSM:
Funciones de Conmutación. Funciones adicionales para soporte de movilidad. Administración de recursos de red. Funciones de Interconexión ví a Gateway MSC (GMSC). Integración de varias bases de datos.
Funciones de una MSC:
Funciones especí ficas para paging y transferencia de llamadas. Terminación de SS7 (sistema de señalización no. 7). Señalización especí fica para movilidad. Registro de Localización y transferencia de ésta. Provisionamiento de nuevos servicios (fax, data calls). Soporte de servicos de mensajerí a corta (SMS). Generación y traspaso de información de conteo y
29
Área de Red GSM PLMN Area MSC/VLR Service Area Location Area Celda
30
Área de Red en GSM MSC/VLR Service Area
BSC
PLMN Location Area
MSC/ VLR
LA1
BSC LA2
MSC/ VLR
Celda (CGI)
LA (Location Area) (LAI)
LA3
31
Capítulo 3 : Interfaz de Radio Objetivos del Módulo
Al completar esta lección, el alumno será capaz de: Explicar el método de acceso, la estructura física y lógica de los canales GSM. Explicar la utilidad de los 6 principales canales lógicos en el procesamiento de una llamada Identificar los métodos de modulación y codificación empleados para transmitir la voz. Mencionar los cuatro principales tipos de ráfagas. Describir los métodos de seguridad usados. 32
Temario Dúplex y Configuración de Acceso Canales Lógicos Adelantamiento Temporal (Timing Advance) Proceso desde la Voz a las Ondas de Radio
Codificación de la Voz Codificación del Canal Proceso de Interleaving Tramas y Estructura de Tramas Estructura de Ráfagas Estructura de Time Slot 0 de Control 33
Temario
Seguridad en GSM: Autentificación Cifrado Chequeo de Equipos
Modulación en GSM
34
Tipos de Acceso Frequency Division: FDMA
power Code Division: CDMA
time frequency Time Division: TDMA
power
power time frequency
time frequency
35
Dúplex y Configuración de Acceso PCS 1900 Canales de
200 KHz 8 Time Slots por Canal
1990 MHz
1910 1930
1850
U
512 513 514
FDD
D
...
809 810
0 1 2 3 4 5 6 7
FDMA TDMA
Ráfaga 36
Adelanto temporal (Timing Advance) Solución empleada para contrarrestar el problema de alineamiento de tiempo. BS lo asigna a MS en
0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
4
5
“tiempos de bits”, más
temprano o más tarde que su posición previa. Límite de una celda GSM =35 km de radio
6
7
Comienza a enviar
(63 “tiempos de bits”
como máximo).
37
Estructura Lógica de Canales TCH
TCH/F
CCH
TCH/H
BCH
FCCH
SCH
CBCH
CCCH
BCCH
Móvil Transmite BS Transmite Ambos Transmiten
PCH
AGCH
DCCH
RACH
ACCH
SACCH
SDCCH
FACCH 38
Estructura Lógica de Canales Traffic channels (2-way)
Full-rate (TCH/F) Half-rate (TCH/H) Enh.Full-rate (TCH/E)
Signaling Channels
Broadcast Channels (base to mobile)
Frequency Correction Channel (FCCH) Synchronization Channel (SCH) Broadcast Control Channel (BCCH)
Common Control Channels
Paging Channel (PCH) base to mobile Access Grant Channel (AGCH) - base to mobile Random Access Channel (RACH) - mobile to base
Dedicated Control Channels (2-way)
Stand-alone Dedicated Control Channel (SDCCH) Slow Associated Control Channel (SACCH) Fast Associated Control Channel (FACCH) 39
Mapeo de Canales Lógicos
40
Desde la Voz hacia las Ondas de Radio
41
Codificación de la Voz en GSM Vocoder original usado: RPE-LTP-LPC (“Regular Pulse Excitation-Long Term Prediction- Linear Predictive Coder”), produciendo bloques de 260 bits a13 kb/s: RPE - Regular Pulse
Excitation LTP - Long Term Prediction VAD - Voice Activity Detection
La voz es dividida en bloques de 20 ms. Cada bloque pasa el Codificador Híbrido. Muestras de voz de 20 ms son codificadas de forma tal que toda la voz no sea transmitida, sino ciertos parámetros.
Nota : Actualmente, el vocoder más empleado es Enhaced Full Rate (EFR), que entrega 244 bits, por ello libera 16 bits para codificación adicional de canal (salida del codificador de canal es aún 456 bits).
42
Codificación de la Voz en GSM El RPE-LTP-LPC está compuesto de tres filtros Estos filtros generan coeficientes del filtro y muestras Para recuperar la señal original, el Codificador Híbrido inverso necesita las muestras y los coeficentes de filtro. Por cada bloque de 20 ms de voz, el Codificador Híbrido genera 260 bits que son divididos en tres categorías:
Clase 1A (50 bits) : Son los bits más importantes (pueden ser, por ejemplo, los coeficientes de filtro), y son muy sensibles a error Clase 1B (132 bits) : Son los bits asociados a las muestras de voz, y son considerados importantes Clase 1C (78 bits) : Son muestras consideradas no importantes, y su pérdida no produce mayor trastorno en la señal recuperada Clase 1A 50
Clase 1B 132
Clase 1C 78 43
Proceso de Codificación de Canal GSM (como la mayoría de los estándares) usa una combinación de Codificación de Bloques y Convolucional:
Codificador de Bloques : Permite detectar errores de los bits
de Clase 1A, usando proceso CRC-3, que genera (50+3) bits. Codificador Convolucional: Permite detección y corrección c orrección de errores. Protege los 53 bits del Codificador de Bloques, Bl oques, asi como los bits de clase 1B. Con ello, se generan 378 bits. La decodificación es desarrollada por el decodificador de Viterbi.
Nota: los 456 bits de salida = 4 x 114 = datos en 4 ráfagas.
44
Proceso de Codificación de Canal Codificación de Bloque: Se desarrolla en bits de Clase 1A (50)
50
132
50 3
78
132
4
189
Codificación Convolucional
378 Los 456 bits se dividen en sub-bloques de 57 bits
78
78
1
2
3
4
5
6
7
8
57
57
57
57
57
57
57
57 45
Proceso de Interleaving
46
Proceso de Interleaving
47
Proceso de Interleaving 57 1,9,17,25....449
57 2,10,....450
3,11...451
4,12...452
5,13...453
6,14...454
7,15...455
8,16...456
48
Tipos de Ráfagas Ráfaga de Corrección de Frecuencia
Usado para transmitir canal FCCH. No lleva información
Ráfaga de Sincronización
Usado para transmitir información de sincronismo
Ráfaga de Acceso
Usado para enviar la información de RACH RACH contiene el primer mensaje desde MS a la BTS Posee un periodo de guarda para permitir a la BTS calcular la distancia con el móvil, para proveer información de “timing advance” al MS.
Ráfaga Normal
Usado para enviar bits de Datos y toda la otra información lógica 49
Ráfaga Normal Usado para llevar información de tráfico y canales de control
TCH, BCCH, SDCCH, SACCH y FACCH
TB
Bits codificados
3
57
Sec.de Training
1
26
Bits codificados
TB
GP
57
3
8,25
1
156,25 bits por slot, duración 577 ms 50
Ráfaga de Corrección de Frecuencia FCCH es usado para sincronización del móvil Es equivalente a una portadora no modulada = sólo “0”s en forma de onda sinusoidal TB
Bits fijos
TB
GP
3
142
3
8,25
156,25 bits por slot, duración 577 ms 51
Ráfaga de Sincronización SCH es usado para sincronización de tiempo en el MS Contiene una secuencia de entrenamientao larga Contiene información sobre el número de trama TDMA, FN Contiene información sobre el código BSIC (Base Station Identity Code) TB
Bits de información
Sec.de Sincronismo
3
39
64
Bits de información TB
39
3
GP
8,25
156,25 bits por slot, duración 577 ms 52
Ráfaga de Acceso El Ráfaga de Acceso tiene un gran periodo de guarda para dar cabida a la transmisión de un ráfaga desde un móvil que desconoce el timing advance.
TB
Secuencia de Sincronismo
Bits codificados
TB
GP
8
41
39
3
68,25
156,25 bits por slot, duración 577 ms 53
Estructura de 5 Ráfagas en GSM
54
Jerarquía deTramas 1 hipertrama = 2048 supertramas = 2.715.648 tramas TDMA
0
1
2
3
……
2044 2045 2046 2047
1 supertrama = Multitramas de 51 (26) tramas
0
1 0
2
3
O Multitramas de 26 (51) tramas
1
T1
…. .
T11
T12
T13
TN=Número de trama TDMA
…. .
T24
T25
49 50
24
……….
1 multitrama de voz = 26 tramas TDMA T0
47 48
……….
25
1 multitrama de control = 51 tramas TDMA T0
T1
T2
T3
….
…. .
…. .
T48
T49
55
T50
Estructura de Trama
56
Multiplex de Canales de Control en Timeslot0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama Trama
...
FCCH (Frequency Channel) SCH (Sync. Channel) BCCH (System Information) CCH (Paging & Access) TCH (traffic Channel) 57
Configuración del BCCH
58
Configuración de Paging en BCCH
1 Multitrama = 120 ms
59
Seguridad en GSM Servicios de Seguridad
Control de acceso/autentificación
Confidencialidad
Usuario&SIM (Subscriber Identity Module): PIN (Personal Identification Number) secreto. SIM&Red: Identificación segura del suscriptor al hacer uso de la red. Voz y señalización encriptada en el enlace aéreo (después de autentificación exitosa)
Anonimato
Identidad temporal TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity). Asignada nuevamente para cada actualización de localización (LUP). Transmisión encriptada.
3 algoritmos especificados en GSM
A3 para autentificación (interfaz abierta). A5 para encriptación (estandarizado). A8 para generación de clave (interfaz abierta).
60
Autentificación Propósito:
Protección de la red, en contra de accesos no autorizados y uso de servicios ofrecidos. Protección del suscriptor móvil, contra uso no autorizado de su propia identidad
Lo que lo gatilla:
Cualquier operación de uso de red (LUP, MOC,..)
Entidades afectadas:
MS MSC/VLR HLR/AUC
61
Autentificación Red Móvil
AUC
Ki
RAND
128 bit
128 bit
RAND
128 bit
SIM
A3
32 bit
SRES*=? SRES
RAND Ki 128 bit
A3 SRES*
MSC /VLR
SIM Card
SRES
32 bit
SRES 62
Generación de Clave y Cifrado Red Móvil
Ki
RAND
128 bit
128 bit
AUC
Clave de Cifrado MSC /VLR
MS con SIM Card
RAND
RAND Ki 128 bit
A8 Kc
A5
SIM
data
MS
A8
64 bit
data
128 bit
Kc
64 bit
Data Encriptada A5
63
Seguridad en GSM : Chequeo de Identificación de Equipos
El EIR (Equipment Identity Register) mantiene base de datos relativa a equipamiento móvil (hardware) identificado por su IMEI (International Mobile Equipment Identity). El IMEI consiste de Código de Tipo de Aprobación (garantizado cuando la estación móvil pasa la prueba de aprobación para asegurar que la estación móvil cumple adecuadamente), Código de Ensamble Final (indicando planta de fabricación), y el número de serie del equipo. El EIR almacena tres listas de IMEIs:
White list: contiene rangos de IMEIs de estaciones móviles aprobadas,
ordenadas por MoU. Black list contiene IMEIs de equipos que han sido robados o presentan mal funcionamiento, que son subsecuentemente bloquedos. Gray list contiene IMEIs que ameritan mayor observación por posible malfuncionamiento.
64
Uso de TMSI TMSI = Temporary Mobile Subscriber Identity
4 octetos (32 bits) Renovada periódicamente; para cada LU / IMSI_attach
Operador puede setear periodicidad desde 6min hasta 24hrs para LU (valor transmitido en BCCH) Reasignación de TMSI ocurre en modo de cifrado IMSI_attach = un LU especial en la misma Location Area; IMSI_attach prosigue a un IMSI_detach (power-down de MS)
Significativo en solo un VLR
Específicamente, sólo para un área de Localización dada!!
Cuando entre a una nueva Location Area:
Usuario debe identificarse con el par TMSI+LAI. 65
Datos del Suscriptor en GSM LMSI
MSRN
TMSI
MSISDN
LAI
IMEI
MSC (SPC)
EIR
Equipo (IMEI)
VLR (SPC)
Celda (CGI, LAI)
Suscriptor (IMSI,MSISDN, TMSI,MSRN)
IMSI IMSI
MSISDN
RAND
SRES
BTS (BSIC)
Ki
Kc
MSRN
HLR (SPC)
AUC 66
Modulación GSM : GMSK
GMSK : Gaussian Minimum-Shift Keying 67
Capítulo 4 : Tratamiento de LLamadas Objetivos del Módulo
Al completar esta lección, el alumno será capaz de: Describir los procesos de Paging y Location Update. Identificar los principales identificadores en los procesos de localización y llamada. Mencionar y describir las principales capas de protocolos de red que intervienen en el tratamiento de llamadas. 68
Temario Location Update Paging Establecimiento de Llamadas Enrutamiento de MTC Datos del Suscriptor Arquitectura de Protocolos de Red:
Capa RR Capa MM Capa CM 69
Location Update Propósito:
Actualización de ubicación actual en la SIM y en el VLR.
Qué lo gatilla:
MS detecta que la información sobre Location (LAI) en la SIM es diferente a la recibida vía el canal de broadcast (no durante una llamada establecida)
Entidades afectadas:
MS MSC/VLR HLR/AUC 70
Location Update MS
MSC/ VLR
BSS
MAP
HLR/ AUC
BSAPP
MS
VLR
HLR
Location_Update_Request Location_Update_Re quest (IMSI) (IMSI )
Autent. Location_Update_Response Location_Update_Respo nse (TMSI) (T MSI)
MSub_Data_Request (LMSI, VLR-Nr.) MSub_Data_Response 71
Paging Propósito:
Determinar ubicación actual del Subscriptor.
Qué lo gatilla:
Llamada Entrante (MTC).
Entidades afectadas:
MS MSC/VLR 72
Paging BSC
MSC/ VLR
Estoy aquí 1.
BSC
MSC co consulta a to todas las BS BSCs que soportan el área de localización durante el último LUP a enviar un mensaje de búsqueda al MS.
PAGING
2.
MS re responde con la ac actual información de su celda.
3.
Después de nueva autentificación y asignación de nuevo TMSI por el VLR la conexión se establece. 73
Establecimiento de Llamada PCH (Paging del MS) RACH (Solicitud de Canal) AGCH (Asignación de Canal) SDCCH (Respuesta al Paging de la Red) SDCCH (Solicitud de Autentificación) SDCCH (Respuesta de Autentificación) SDCCH (Requerimiento de Transmisión) SDCCH (Reconocimiento de Requerimiento) SDCCH (Establecimiento de mensaje para llamada entrante ) SDCCH (Confirmación)
Estación Base (Red Móvil)
SDCCH (Asignación de un canal de tráfico) FACCH (Reconocimiento del Canal de Tráfico) FACCH (Alerta)
Estación Móvil
FACCH (Conectar cuando el móvil “responda”) FACCH (Aceptación de mensaje de conexión) TCH (Intercambio de datos del usuario-Llamada en progreso) 74
Enrutamiento de MTC PSTN
GMSC
PLMN MSCC
5:MSRN VLRB
6:TMSI
HLR MSCB
MSCA
75
Arquitectura de Protocolos de Red Dividido en tres sub-capas:
Radio Resource Management (RR)
Mobility Management (MM)
Provee un enlace de comunicación entre MS y MSC Administra DB para ubicación de MS
Communication Management (CM)
Controla conexión del usuario
Capa de Base:
Nivel de Transmisión 76
Arquitectura de Protocolos de Red : RR Administra asignación de frecuencias y canales
Principalmente trata con la interfaz de aire
Garantiza enlace estable durante el handover
¡Sorpresa: El handover es parte de RR, no de MM!
Resumen de Funciones:
Monitoreo de BCCH, PCH Administración de RACH Solicitud/asignación de canales Control de potencia de MS y sincronización Handover
¿Dónde está presente RR?:
MS, BTS, BSC 77
Arquitectura de Protocolos de Red : MM Administra ubicación del usuario y tareas producto de su movilidad Resumen de Funciones:
Asignación de TMSI Localización del MS Location updating Autentificación del MS Identificación del MS, attach/detach del MS
¿Dónde está presente MM?:
MS, MSC 78
Arquitectura de Protocolos de Red : CM Controla las llamadas, servicios suplementarios y SMS Resumen de Funciones:
Establecimiento de llamadas (desde MS, hacia MS) Administración de llamadas de emergencia Terminación de llamadas Señalización DTMF (Dual Tone MultiFrequency) Modificación In-call
¿Dónde está presente CM?:
MS, MSC, GMSC
79
Arquitectura de Protocolos de Red MSC EIR
BSC BTS
Abis
MSC F
A
E C
B
BTS
HLR
Abis
D Um
VLR
G
VLR
MS-SIM 80
Arquitectura de Protocolos de Red
MS
BTS
BSC
MSC 81
Capítulo 5 : Proceso de Handover Objetivos del Módulo
Al completar esta lección, el alumno será capaz de: Definir el proceso de handover. Clasificar los cuatro principales tipos de handover. Explicar a lo menos tres causas que gatillan el proceso de handover. 82
Temario Handover en GSM Tipos de Handover Decisión de Handover Proceso de Handover
83
Handover en GSM El Handover es el proceso que permite que la llamada establecida de un MS se mueva desde un canal, frecuencia o zona de cobertura de una BTS a un nuevo canal, frecuencia o zona de servicio de la misma o de una segunda BTS: Para minimizar la interferencia: generalmente se hace un handover cuando la señal de la nueva BTS es más fuerte que la actual. En áreas congestionadas (zonas Core) pueden tener la posibilidad de elegir más de una BTS de destino. La red puede decidir hacer handover con un MS por razones de “balanceo de carga ”. 84
Tipos de Handover 1.
2.
3.
4.
Intra-celda: cambio de frecuencia o timeslot dentro
de la misma celda que cubre la BTS. Es controlado por el BSC. Inter-celda, intra-BSC: handover a una nueva BTS, que está bajo el control del mismo BSC. Es controlado por el BSC. Inter-BSC, intra-MSC: handover a una nueva BTS que está controlada por un diferente BSC, pero el mismo MSC. Es controlado por el MSC. Inter-MSC: handover a una nueva BTS que está controlada por un diferente MSC. Es controlado por la señalización del MSC. 85
Tipos de Handover 1
2
BTS
3
4
BTS
BTS
BTS
BSC
BSC
BSC
MSC
MSC 86
Decisión de Handover (1) MS monitorea el nivel de señal de las celdas vecinas a BTSold. Se envían reportes via BTSold a BSCold. BSCold informa a MSC cuando se requiere HO (asistido por el MS). MSC solicita reserva de recursos (canal/timeslot) en la BSCnew. 87
Decisión de Handover (2) BSCnew activa el canal en BTSnew. Reconocimiento regresa a MSC y MSC envía orden de HO a MS MS accesa a BTSnew vía RACH, y el enlace se establece. BTSnew señala HO completo y MSC libera anterior conexión. 88
Proceso de Handover
89
Capítulo 6 : Features de Radio y Reuso de Frecuencias Objetivos del Módulo
Al completar esta lección, el alumno será capaz de: Explicar el feature de Frequency Hopping, en qué consiste y su utilidad. Mencionar y describir a lo menos cinco features de radio. Describir el plan de reuso de frecuencias en GSM. Comparar las capacidades de una red GSM versus otras tecnologías. 90
Temario Features de Radio en GSM:
Frequency Hopping Power Control Discontinuous Transmission Hierarchical Cell Structures Dynamic Overlaid/Underlaid Cell Load Sharing Intracell Handover
Reuso de Frecuencias Vocoder AMR Comparación de Capacidades 91
Features de Radio en GSM Frequency Hopping Power Control Discontinuous Transmission Hierarchical Cell Structures Dynamic Overlaid/Underlaid Cell Load Sharing Intracell Handover Combined Control Channels Adaptive Configuration of SDCCH Frequency Allocation Support Efficient Priority Handling
Immediate Assignment on TCH Differential Channel Allocation Directed Retry Idle Channel Measurements Dynamic Overlaid/Underlaid Dynamic HR Allocation Double BA List Handover on SDCCH Handover Power Boost Neighbor Cell Support Channel Administration 92
Frequency Hopping Interferencias y Efectos de Fading:
F1 F2 F3 F4 Aplicando Freq. Hopping
Resultando TDMA (Saltando desde F1 a F4): Después de Corrector de Errores: •Se mejora calidad de la señal •Se incrementa la capacidad 93
Frequency Hopping Interferencia entre F2-.F2
Celda B F2,F4F6
Celda A F2,F1,F3
Interferencia entre F1-F1
Celda C F1,F5,F7
94
Frequency Hopping Tipos de Hopping:
F1
RANDOM
CÍCLICO
F2 F3 F4 Tiempo 95
Power Control Regula la potencia de transmisión, en saltos de 2 dB para conseguir una óptima potencia de recepción en el Receptor. Implementada tanto en la BTS como en el MS (Sólo en frecuencias 100% TCH). Considera potencia de la señal y calidad. Reduce el riesgo de saturación en el Receptor. Ahorra batería. Reduce Interferencia.
Área de Regulación
96
Discontinuous Transmission (DTX) Detiene la transmisión durante periodos de silencio (aproximadamente 50% del tiempo)
Voice Activity Detector (VAD) determina si hay voz presente VAD usa algoritmo adaptivo complejo
Implementada tanto en la BTS como en el MS Tramas “Silence Descriptor” (SID) son enviadas periódicamente para generar “Ruido Confortable” en el Receptor. Reduce intermodulación en la BTS. Ahorra batería. Reduce Interferencia. 97
Hierarchical Cell Structures (HCS) HCS permite dirigir el tráfico a una celda “preferida”. Cada celda es definida en un nivel particular. A menor nivel, mayor prioridad.
Los móviles seleccionarán una celda en el más bajo nivel en la medida que hay suficiente nivel de señal, aun cuando haya mejor nivel en celdas de niveles superiores.
3
2
1 98
Overlaid/Underlaid Cells Incrementa capacidad de tráfico sin agregar nuevos sitios. Celdas Overlaid son más pequeñas, con menor potencia. Carga es balanceada entre celdas overlaid y underlaid.
99
Cell Load Sharing Distribuye carga de tráfico entre celdas vecinas durante una fuerte carga. Histéresis para bordes de Handover son modificados. La red puede ser dimensionada para una mayor carga.
100
Intracell Handover Handover dentro de una celda, ya sea en la misma frecuencia (diferente timeslot) o una frecuencia diferente. Resuelve interferencia temporal co-canal y/o adyacente, además de evitar intermodulación.
101
Reuso de Frecuencias Interferencias:
Cocanal :
FA1
C/(I+N) > 9 dB, lo que permite N=4x3
FA2
FD1 FD2
FA3
FD3 FC1
FB1 FC2
FB2
FB3
FC3
Adyacentes: C/Ia1 > - 9 dB C/Ia2 > -41 dB C/Ia3 > -49 dB
Reuso estándar en GSM (Usado sólo para BCCH): Dividir el espectro en 12 grupos de frecuencia, asignando cada grupo a uno de los celdas que forman el cluster. 102
Reuso de Frecuencias F1 F2
F1 F2
F3
F1 F3
F2
F3
Reuso 1x3: Dividir el espectro en 3 grupos de frecuencia, asignando cada celda.
F1
F1 F1
F1 F1
F1 F3
F1
F1
F1
F1 F2
F1
F1
F1
Reuso 1x1: Todos los canales de tráfico son distribuidos en todos las celdas. 103
Vocoder AMR (Adaptive Multi Rate) AMR HR
Mal C/I 4,75 5,15 5,9 6,7 7,4 7,95 10,2 12,2
4,75 5,15 5,9 6,7 7,4 7,95
Tasa Global
Buen C/I
AMR FR
Tasa Global
Codificación de Fuente Codificación de Canal
Adaptación Dinámica de (Fuente, Canal), de acuerdo al valor de C/I 104
Vocoder AMR (Adaptive Multi Rate)
AMR provee comunicación robusta en FR y bastante buena con HR Hay compromiso entre entre calidad y capacidad
105
Vocoder AMR (Adaptive Multi Rate) AMR HR
AMR FR
Mejoras con AMR:
Incrementa capacidad de Red:
Aumenta el reuso al tolerar mayor interferencia Mayor capacidad en Erlangs usando HR en buenas condiciones de calidad (próximo a la celda).
Incrementa calidad de la comunicación (FR) Disminuye los costos de transmisión, al usar HR. 106
Comparación de Capacidades Erlangs por Sector 156
160
142
140 120 s g n a l r E
100 80
67
60
37
40 20
9
0 AMPS
TDMA
GSM EFR
GSM AMR
1xRTT
Tecnología
Capacidad para 10 MHz de Ancho de Banda Fuente : 3G Americas White Paper – July 18, 2002 „Voice Capacity Enhancements for GSM Evolution to UMTS‟
107
Capítulo 7 : IMT-2000 y Evolución a Tercera Generación Objetivos del Módulo
Al completar esta lección, el alumno será capaz de: Nombrar los 5 principales objetivos que persigue IMT-2000. Nombrar entre las 5 tecnologías aprobadas por ITU2000, las 3 principales que se desarrollan en el mercado. Enunciar el camino a seguir para la tecnología GSM. 108
Temario IMT 2000:
Objetivos Tecnologías normadas Frecuencias 3G: WARC 92 Frecuencias 3G: WARC 2000
Evolución de las Redes:
Evolución de GSM
109
IMT-2000 Objetivos:
Evolución de sistemas 2G hacia 3G sin pérdida de compatibilidad. Cobertura mundial:
Componente terrestre y por satélite (marítimo y aeronáutico). Coexistencia de la conmutación de circuitos y paquetes. Conexiones:
roaming a nivel mundial compartición espectro de frecuencias. VHE (Virtual Home Environment)
Multiplexación. QoS negociable (Ancho de Banda según necesidad). Velocidades:144 Kbits/s (Alta Movilidad), 384 Kbits/s y 2 Mbits/s.
Utilización eficaz del espectro. Seguridad de acceso a la red .
El desarrollo del estándar se divide entre los siguientes organismos:
ITU-R y ITU-T: compatibilidad y armonización entre estándares 3G. 3GPP: desarrollo de los estándares y especificaciones de cada una de las redes 3G. 110
IMT-2000 Global Satélite Suburbano
Macrocelda
Urbano
Microcelda
In-Building
Picocelda
Terminal Básico Terminal PDA Terminal Audio/Visual 111
Tecnologías Aprobadas en Norma IMT-2000 IMT-2000 Terrestrial Radio Interfaces (*) IMT-DS (Direct Spread)
WCDMA (UMTS)
IMT-MC (MultiCarrier)
IMT-TC (Time Code)
(*) IMT-SC (Single Carrier)
CDMA2000 UTRA TDD & UWC-136/ TD-SCDMA 1xEV EDGE
CDMA
IMT-FT (Frequency Time)
DECT
FDMA TDMA
(*) No Pareado 112
Frecuencias 3G: WARC 92 Resolución "WARC-92 frequencies for IMT-2000“:
Las bandas 1885-2025 MHz / 2110-2200 MHz son destinadas para uso de IMT-2000 en todo el mundo.
Resumen de Frecuencias UMTS:
1920-1980 & 2110-2170 MHz Frequency Division Duplex (FDD, W-
CDMA) .Uplink y downlink en pares, ancho de banda de canal es 5 MHz. Un Operador necesita 3 - 4 canales (2x15 MHz o 2x20 MHz) para construir una red de alta velocidad y alta capacidad. 1900-1920 & 2010-2025 MHz Time Division Duplex (TDD, TD/CDMA) No pareada, ancha de banda de canal es 5 MHz. Tx and Rx no están separadas en frecuencia. 1980-2010 & 2170-2200 MHz Uplink y downlink para Satélite.
Frecuencias de los portadoras son designadas por una UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number (UARFCN). La fórmula general realativa a la frecuencia de UARFN es: UARFCN = 5 * (frequency in MHz) 113
Frecuencias IMT-2000: WARC 92
MSS = Mobile Satellite System
114
Frecuencias 3G: WARC 2000 Se identifican las bandas 1710 - 1885 & 2500 - 2690 MHz para IMT-2000 Se identifican aquellas partes de la banda 806 - 960 MHz que se reservan a los sevicios móviles sobre una base primaria. Permite que Estaciones situadas en plataformas de gran altitud (HAPS) puedan usar las bandas de frecuencia WARC-92 para IMT-2000 terrestres en condiciones restrictivas. Decidió que las bandas de frecuencia 1525 - 1544, 1545 - 1559, 1610 - 1626.5, 1626.5 - 1645.5, 1646.5 - 1660.5 y 2483.5 - 2500 MHz puedan usarse para la componente satélite de IMT-2000, así como las bandas 2500 - 2520 MHz y 2670- 2690 MHz, dependiendo del desarrollo del mercado.
115
Frecuencias IMT-2000: WARC 2000
3G
3G
3G
(Chile)
3G Para Norteamérica (Nov. 2003): 1710-1755 & 2110-2155 (FDD): 2x20 + 2x10 + 1x30 MHz
3G Para Chile (Septiembre de 2000): 1765-1785 (TDD) : 4x5 Mhz 1785-1845 & 2110-2170 (FDD): 116 4x30Mhz
Evolución de las Redes 2G
2.5G
3G 3-5 Mbps
14.4 kbps
144 kbps
2.4 Mbps
IS-95 (CDMA)
1xRTT (CDMA2000)
1xEV-DO
GSM TDMA
W-CDMA (UMTS)
GPRS 115 kbps
9.6 kbps
1xEV-DV
2 Mbps
EDGE 384 kbps
1990s
2000
2001
2002
2003
2004 117
Evolución desde GSM
118
Capítulo 8 : Evolución desde GSM a GPRS Objetivos del Módulo
Al completar esta lección, el alumno será capaz de: Mencionar las desventajas que presenta una red de datos en GSM. Explicar la utilidad de los principales canales lógicos Identificar las dos posibles asignaciones de los canales de control en los TS de la trama. Describir los tipos de móviles y posibles estados en que se pueden encontrar en una red GSM/GPRS. 119
Temario Servicios de Datos en GSM
Evolución desde GSM a HCSCD
Características Generales de GPRS
Arquitectura de GPRS Evolución desde GSM a GPRS Codificación de Canal Stack de protocolos en GPRS
Estructura de Canales:
Interfaz de Radio
Móviles en GPRS 120
Servicios de Datos en GSM Operación de circuito conmutado.
Canales de Uplink y Downlink asignados a un usuario por toda la sesión de llamada.
El usuario paga por el tiempo de conexión, no por la cantidad de data:
conexiones malas=>más retransmisión=>más caro para el usuario. El usuario paga aunque no trafique nada.
Tiempo de establecimiento de conexión: 20-25 segundos.
El usuario suele usar un enlace, de modo que se desperdicia el 50% de los recursos.
Malo para transancciones cortas (revisión de correos).
Capacidad: 9.6 kbps (codificación de canal diseñada para el peor caso de radio-transmisión). Conexiones: A cualquier servicio de módem en la PSTN. 121
Evolución desde GSM a HSCSD
Cambios en HW y SW Para HSCSD •El
throughput del sistema se incrementa: •Codificación de canal se mejora (9.6 kb/s -->14 kb/s).
• High Speed Circuit Switched Data (HSCSD). •Varios canales de tráfico pueden ser empleados. •Max. tasa de datos 40 -50 kb/s.
122
GPRS (2.5G) General Packet Radio Service.
Velocidad máxima teórica, usando los 8 timeslots: ~= 8 * 14.4 kbps ~= 115 kbps. Velocidad experimentada en la práctica: 10 a 40 kbps por subscriptor. Requiere nuevos nodos de servicio:
Serving GPRS Support Node (SGSN). Gateway GPRS Support Node (GGSN).
No puede garantizar la QoS (Velocidad). Transmisión asimétrica. Tipos de Servicio (deben ser soportados por el terminal):
2+1 (28,8 kbps) 3+1 (43,2 kbps) 4+1 (57,2 kbps) 123
GPRS: Arquitectura de Red GPRS es una red superpuesta a GSM, por lo que comparte con ella la red de acceso (GSM-IP). GPRS introduce dos nuevos nodos: Gateway GPRS Support Node (GGSN): Actúa como un interfaz lógico hacia las redes de paquetes de datos externas (router). • Serving GPRS Support Node (SGSN): es responsable de la entrega de paquetes al terminal móvil en su área de servicio. •
También introduce a nivel de BSC (Base Station Control) el denominado Packet Control Unit (PCU). 124
Evolución desde GSM a GPRS
Cambios en HW y SW Para GPRS
En BSC: PCU (Packet Control Unit) 125
Codificación de Canal Codificación CS1 CS2 CS3 CS4
1 TS 9.2 13.55 15.75 21.55
4 TS 36.8 54.2 63.0 86.2
8 TS 73.6 108.4 126.0 172.4
C/I Req. 6 dB 9 dB 12 dB 17 dB
Velocidades en kbps 126
Codificación de Canal e Impacto en Cobertura
127
Stack de Protocolos en GPRS
128
Stack de Protocolos en GPRS
129
Flujo de datos Paquete (N-PDU)
PH
...
Segmento
Trama LLC
FH
Info
Segmento
Bloque RLC
Info
BSC
Segmento
SNDCP Layer
FSC
...
Segmento
BH
Network Layer
Datos del Usario
LLC Layer Segmento
RLC/MAC Layer
Cola
456 Codificación Convolutional
Physical Layer
Bloque de Datos Ráfaga Normal
114 Burst
114 Burst
PH : Packet header FH: Frame header BH: Block header
114 Burst
114 Burst
FCS: Frame check sequence BSC: Block check sequence
130
Tunneling Protocol en GPRS
131
SGSN : Serving GPRS Support Node Autentificación, Autorización. “GTP tunneling” hacia GGSN
Cifrado y compresión Administración de movilidad Administración de Sesión Interacción con HLR y con MSC/VLR Tarifación e información estadística sobre uso de red Inteface hacia OSS 132
GGSN : Gateway GPRS Support Node Interfaz con redes externas Internet, Intranet, Operadores de ISP Encapsula datos de usuario final en paquetes GTP Enruta paquetes originados en móvil hacia su dirección de destino Filtra el tráfico al usuario final Recoge tarificación y estadísticas de uso de red 133
Estructura Lógica de Canales Packet Traffic Channel
PDTCH
PACCH
PTCCH
PRACH
Packet Control Channel
PCCH
PPCH
PAGCH
PBCCH
PNCH
Móvil Transmite BS Transmite Ambos Transmiten 134
Interfaz de Radio en GPRS Canales Lógicos:
PCCCH (packet common control channels), UL+DL
PRACH (packet random access channel), UL PPCH (packet paging channel), DL PAGCH (packet access grant channel), DL PNCH (packet notification channel), DL
PBCCH (packet broadcast control channel), DL PDTCH (packet data traffic channel), UL+DL
data rates 9-22 kbps, dependiendo de la codificación de canal
PACCH (packet associated control channel), UL+DL PTCCH (packet timing advance control channel), UL+DL 135
Packet Common Control Channels (PCCCHs) Broadcast Channels:
Packet Broadcast Control Channels (PBCCH)
Transmite información del sistema a todos los terminales GPRS en una celda.
Common Channels:
Packet Random Access Channel (PRACH)
Lo usan los MSs para iniciar transferencia de paquetes o responder a mensajes de paging. En este canal, los MSs transmiten ráfagas de acceso con grandes tiempos de guarda. En la recepción de ráfagas de acceso, el BSS asigna un “timing advance ” a cada terminal.
Packet Paging Channel (PPCH)
Se usa para el “ page” de un MS previo a la transferencia de paquetes en el enlace de bajada. The PPCH se usa para hacer “page” tanto para servicios de conmutación de circuito como GPRS, dependiendo del modo de operación de red y la clase del móvil. (Clases A y B soportan esta funcionalidad). 136
Packet Common Control Channels (PCCCHs)
Packet Access Grant Channel (PAGCH)
Se usa en la fase de establecimiento de la transferencia de paquetes, para enviar asignación de recursos a un MS previo a la transferencia de paquetes. Mensajes de asignamiento de recursos adicionales con también enviados en un PCCH si el móvil ya está en el proceso de transferencia de paquetes.
Packet Notification Channel (PNCH)
Se usa para enviar una notificación multicast PTM a un grupo de MSs previo a la trasferencia de un paquete PTM. La notificación tiene la forma de asignamiento de recursos para la transferencia de paquetes.
137
Packet Traffic Channels (PTCHs) Packet Data Traffic Channel (PDTCH)
Se usa para transferencia de datos. Se dedica temporalmente a uno o más (un grupo) móviles para aplicaciones multicast. Más de un PDTCH puede usarse en paralelo (operación multislot) para transferencia de paquetes individuales. El PDTCH puede ser compartido entre varios usuarios (8/PDTCH).
Packet Associated Control Channel (PACCH)
Se usa para transmita señalización relativa a un MS dado, tales como información de reconocimiento (ACK) y control de potencia (PC). Además trasporta mensajes de asignación de recursos, ya sea para asignación de un PDTCH o mayores eventos de un PACCH. U Un PACCH está asociado con uno o más PDTCHs concurrentemente asignados a un MS
Packet Timing Advance Control Channel (PTCCH)
Se usa en el uplink para transmisión de ráfagas de acceso aletaorias. Esto permite estimar el “ timing advance” requerido por el móvil para el modo de traferencia de paquetes. En el downlink, el PTCCH puede ser usado para actualizar el “timing advance ” a múltiples móviles . 138
Interfaz de Radio en GPRS Canales Físicos: PCCCH y PBCCH se combinan en la misma multitrama 51. PDTCH se mapea en un canal físico (time slot). Es posible asignación de canales dinámica o permanente (fija) para GPRS. Si no es posible usar PCCCH, los MSs usan CCCH
139
Interfaz de Radio en GPRS Opción 1: Usar Recursos de señalización GSM y canales de tráfico fijo o dinámico 0
1
2
3
4
5
6
7
BCCH
CS
CS
CS
CS
CS
PDtch
PDtch
Opción 2: Usar Recursos de señalización separados y canales de tráfico fijo o dinámico 0
1
2
3
4
5
6
7
BCCH
CS
PBCCH
CS
CS
CS
PDtch
PDtch
CS : Circuit Switched Time Slots (Voice or Data) 140
Interfaz de Radio en GPRS Un canal físico dedicado como canal de tráfico de paquetes se denomina “packet data channel” (PDCH) La asignación de TCHs y PDCHs es hecha dinámicamente de acuerdo al pricipio de “capacity on demand” Una celda GPRS puede tener uno o más PDCHs asignados a partir de canales que previamente pudieron haber sido canales de tráfico (TCH) El concepto Maestro Esclavo
Al menos un PDCH (mapeado en un TS físico) actúa como un “maestro” El “maesto” acomoda canales de control común de paquetes (PCCCHs), transportando señalización de control para inicializar transferencia de paquete, asi como datos del usuario y señalización dedicada. Los otros canales, act uando como “esclavos”, se usan sólo para transferencia de datos del usuario.
La existencia de PDCHs no implica la existencia de PCCCH 141
“Capacity
on Demand”
El número de PDCHs asignados en una celda puede ser aumentado o disminuido de acuerdo a la demanda
Supervisión de Carga es hecha en la capa MAC para monitorear la carga en los PDCHs TCHs no usados pueden ser asignados como PDCHs para incrementar la QoS total para GPRS. Si los servicios con mayor prioridad requieren recursos, es posible hacer reasignación de PDCHs Este concepto es usado en celdas con pocos o ningún usuario GPRS, sin la necesidad de asignar recursos en forma permanente.
142
Móviles GPRS Estados de Operación:
GPRS Idle : Móvil está “acampado” en red GSM,
sin interacción con GPRS. GPRS Standby : Móvil conectado a red GPRS, pero sin transmisión de datos. GPRS Active : Móvil conectado a red GPRS, enviando o recibiendo data.
Tipos de Móviles:
Clase A (GPRS/GSM simultáneos) Clase B (GPRS/GSM excluyente) Clase C (GPRS o GSM)
143
Móviles GPRS Según capacidad de datos:
Ejemplo: Móvil clase 6 puede manejar:
3 DL + 1 UL =4 (Asimétrico) 2 DL + 2 UL = 4 (Simétrico)
144
Capítulo 9 : Evolución desde GSM/GPRS a EDGE y UMTS Objetivos del Módulo
Al completar esta lección, el alumno será capaz de: Mencionar cuatro factores que mejoran la velocidad de datos al pasar de GPRS a EDGE. Explicar por qué se liberan capacidad para voz y datos al pasar desde GPRS a EDGE. Especificar las velocidades teóricas y reales de las redes EDGE y UMTS. Definir las zonas en que se ha implementado EDGE y UMTS. Mencionar los elementos adicionales de hardware que se incorporan a una red GPRS para llevarla a una red UMTS. 145
Temario Características Generales de EDGE:
Implementación Filosófica de EDGE Codificación de Canal Manejo de Paquetes Ventana de Direccionamiento Medición e Interleaving Adaptación de Enlace y Redundancia Incremental
Diferencias entre GPRS y EDGE:
Método de Modulación Incremento en Capacidad 146
Temario Características de EDGE
Velocidades de EDGE
EDGE en el Mundo
EDGE en Chile
Características Generales de UMTS Principales Diferencias en la Interfaz Aérea Entre GSM y W-CDMA Principales Diferencias en la Interfaz Aérea Entre IS95 y W-CDMA Evolución desde EDGE a UMTS UMTS en la actualidad 147
EDGE (2.75G-3G) Enhanced Data Rates for GSM Evolution
Velocidad Teórica, al usar los 8 time slots: 474 kbps. Velocidad Nominal: 384 kbps Velocidad “práctica”: 40 a 80 kbps por subscriptor.
148
Implementación de EDGE
149
Comparación Técnica entre EDGE y GPRS: Método de Modulación GPRS/EDGE:
EDGE:
150
Comparación Técnica entre EDGE y GPRS
El cambio en el método de modulación es la clave para mejorar la velocidad.
151
Comparación Técnica entre EDGE y GPRS: Codificación de Canal Esquemas de Modulación 60
GPRS
50
EDGE
40
s30 p b k
20
10
0
0 , 8
0 , 2 1
4 , 4 1
0 , 0 2
1 S C
2 S C
3 S C
4 S C
8 , 8
2 , 1 1
8 , 4 1
6 , 7 1
4 , 2 2
8 , 9 2
6 , 4 4
4 , 4 5
2 , 9 5
1 S C M
2 S C M
3 S C M
4 S C M
5 S C M
6 S C M
7 S C M
8 S C M
9 S C M
GMSK
8 PSK 152
Comparación Técnica entre EDGE y GPRS: Codificación de Canal
CS MCS1 MCS4 MCS5 MCS9
Modo GMSK GMSK 8PSK 8PSK
1 TS 8.8 17.6 22.4 59.2
4 TS 35.2 70.4 89.6 236.8
8 TS 70.4 140.8 179.2 473.6
Velocidades en kbps 153
Comparación Técnica entre EDGE y GPRS: Manejo de Paquetes Manejo de Paquetes: A. Paq aque uettes en envi viaado doss co conn CS3 B. MS manda orden de retransmitir 2 y 3 C. Se ret retra rans nsm mite tenn 2 y 3 en CS3; 5 y 6 con CS1.
GPRS no permite resegmentación.
154
Comparación Técnica entre EDGE y GPRS: Ventana de Direccionamiento Ventana de Direccionamiento:
Paquetes son enviados con identificador desde 1 a 128 en GPRS. La ventana de direccionamiento es de 64 en GPRS. En EDGE, los valores anteriores son aumentados a 2048 y 1024.
155
Comparación Técnica entre EDGE y GPRS: Precisión en la Medición e Interleaving Medición:
GPRS CS4
Interleave en 4 ráfagas d a d i l a C
hace en “Idle Burst” sólamente.
Ráfaga 1 Ráfaga 3
Tiempo
Ráfaga 2
Ráfaga 4
EGPRS MCS7..9
Interleave en 2 ráfagas
Ráfaga 1
Ráfaga 3
Ráfaga 2
Tiempo Ráfaga 4
Primera mitad
Segunda
En EDGE, cada paquete sirve para determinar BEP (Birt Error Probability)
Interleaving:
Bloque de Radio perdido
d a d i l a C
En GPRS la medición de calidad se
En GPRS, el nivel más alto de velocidad (CS4) se dispersa en 4 ráfagas, con baja protección contra errores. Si se llega a perder una ráfaga, el bloque entero debe ser retransmitido. Para EDGE, en los niveles más altos (MCS7 al MCS9) los paquetes se dispersan sobre dos ráfagas cada uno. Si uno de las ráfagas se pierde, se retransmite sólo la mitad de la información originalmente enviada. 156
Comparación Técnica entre EDGE y GPRS: Adaptación de Enlace y Redundancia Incremental Adaptación de Enlace:
De acuerdo a la calidad de la recepción, la tranmisión adapta su tasa cada 4 ráfagas.
Redundancia Incremental:
Se transmite a una tasa alta, y, si el MS acusa error, se envía codificación adicional, para que el MS use la información previa más la nueva para decodificar la información.
157
Incremento de Capacidad con EDGE
158
Características de EDGE EDGE es un estándar 3G aprobado por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU), y respaldado por ETSI, 3GPP, GSMA, GSA y 3G Americas. EDGE es una tecnología de radio de banda angosta (canales de 200 khz) que permite que los operarios ofrezcan servicios de 3G sin necesidad de comprar una licencia 3G. EDGE se puede desplegar en bandas de 800, 900, 1800 y 1900 MHz y complementa la tecnología de UMTS (WCDMA). 159
Características de EDGE EDGE es tres veces más eficiente que GPRS en términos de capacidad. EDGE está diseñada para integrarse a la red ya existente de GSM, lo que reducirá los costos al implementar sistemas de 3G a nivel nacional, y permite que los operarios provean servicios de 3G en un lanzamiento rápido al desarrollar la infraestructura inalámbrica que ya existe; en la mayoría de los casos sólo se necesitan modificaciones secundarias para pasar de GPRS a EDGE.
160
Velocidades para EDGE
161
Velocidades a alcanzar por terminales GPRS y EDGE Tecnología
GPRS EDGE
Velocidad Máxima
Velocidad Velocidad Velocidad Max. Term. Max. Term. Max. Term.
Teórica
Clase 2
Clase 6
Clase 12
115 kbps
22,6 kbps
33,9 kbps
45,2 kbps
473.6 kbps 118,4 kbps 177,6 kbps 236,8 kbps
162
EDGE en el Mundo
163
EDGE en Chile
Ir a Backup : Implementación de EDGE en Telefónica Móvil
164
UMTS (W-CDMA) (3G) UMTS = Universal Mobile Telecommunications System (comenzada por ETSI, European Telecommunications Standards Institute). Usa tecnología de acceso Wideband CDMA. 3GPP (Third Generation Partnership Project) coordina el trabajo técnico. Posiblemente será dominante fuera de los EEUU. Velocidad Nominal: 2 Mbps. Velocidad Práctica: 200 a 400 kbps por subscriptor. 165
Principales Diferencias en la Interfaz Aérea Entre GSM y W-CDMA GSM
WCDMA
Espaciamiento de Canal
200 kHz
5 MHZ
Factor de Re-uso Frecuencia de control de potencia Control de calidad Diversidad de Frecuencia
1-18 <= 2 Hz
1 1500 Hz
Planeamiento de Red Frecuencia Hopping
Algoritmos de RRM Wideband con RAKE
Handover
Hard
Modulación
GMSK
Diversidad en el Downlink
No soportada
Soft/softer, hard, intersystem QPSK (UL) y 16QAM (DL) Soportada
166
Principales Diferencias en la Interfaz Aérea Entre IS-95 y W-CDMA Espaciamiento de Canal Chip Rate Frecuencia de control de potencia Sincronización BTS Handover InterFrecuencia R.R.M. Datos paquetizados Diversidad en el Downlink
IS-95 1,25 MHz
WCDMA 5 MHZ
1,2288 Mcps 800 Hz UL, Lento DL
3,84 Mcps 1500 Hz para UP&DL
Sí, con GPS Posible, aunque con
No requiere Sí, con metodología metodología “incierta” clara. No necesita (sólo voz) Sí, provee QoS Datos tranmistidos Programación de paquetes según carga como “conmutados” No soportada Soportada 167
Evolución desde EDGE a UMTS
USIM
Nodo B 168
UMTS (W-CDMA) en la actualidad FOMA: lanzado por Docomo en Oct-2001
Usuarios Actuales: 6,59 millones (Junio 2004)
169
UMTS (W-CDMA) en la actualidad
170
Capítulo 10 : Redes GSM en Chile Objetivos del Módulo
Al completar esta lección, el alumno será capaz de: Identificar las soluciones que los diversos proveedores entregan a las redes GSM en Chile. Señalar de qué manera se usaría el espectro en Celular para preparar un plan de frecuencias en GSM
171
Temario Red Ericsson Red Siemens Red Nokia Incorporación de GSM en banda Celular (850)
172
Red Ericsson
173
Red Ericsson Basico o Adicional
Abrev.
Sistem a
Nombre del componente
Plataform a
Básico
MSC/VL R
SS
Mobile services Switching Center Visitor Location Register
AXE
Básico
GMSC
SS
Gateway MSC
AXE
Básico Básico
HLR AUC
SS SS
Home Location Register Authentication Center
AXE Unix/AXE
Básico Básico Básico
EIR DTI TRC
SS SS BSS
Equipment Identity Register Data Transmission Interface Transcoder Controller
Unix AXE AXE
Básico
BSC
BSS
Base Station Controller
AXE
Básico
BTS
BSS
Base Transceiver Station
RBS
Básico
OMC
OSS
Operation and Maintenance Center
TMOS
Básico
NMC
OSS
Network Management Center
TMOS
Adicional Adicional
MC SOG
SS
Message Center Service Order Gateway
MXE Unix
Adicional
BGW
Billing GateWay
Unix
Adicional
FNR
Flexible Numbering Register
AXE
SS
174
Red Ericsson •La RBS 2101 y RBS 2102 son
dos modelos estándar para exterior. •La RBS 2202 es una solución económica para instalación interior. •La RBS 2206 es una radiobase para interior nueva de la familia RBS 2000. •La RBS 2301 es la Radio Base micro para uso interior y exterior. Finalmente la RBS 2401 es una Radio Base pico autocontenida para uso interno. 175
Red Ericsson RBS 2202 Características Importantes: Seis
transmisores-receptores. Ambiente interior. Opcionalmente, incluye equipo de transmisión integrado. Salto de frecuencia (Frequency hopping). Codificación de voz en Full y Half Rate. Soporta Amplificadores montados en torre, DXX y Mini DXC. Bateria de respaldo opcional externa. Soporta GPRS, HSCSD, datos de 14.4 Kbits/s. Soporta GSM extendido. Doble Banda.
Pout: 28W (850) 22W (PCS)
176
Red Ericsson RBS 2102 Pout: 28W (850) 22W (PCS) Características Importantes: Seis
transmisores-receptores. Ambiente exterior (Resistente presentación). Soporta equipo de microonda (MINI-LINK de Ericsson) y opcionalmente, incluye equipo de transmisión integrado. Salto de frecuencia (Frequency hopping). Codificación de voz en Full y Half Rate. Soporta Amplificadores montados en torre, DXX y Mini DXC. Bateria de respaldo integrada y opcional externa. Soporta GPRS, HSCSD, datos de 14.4 Kbits/s. 177 Soporta GSM extendido.
Red Ericsson RBS 2206 Pout: 35W (850) 28W (PCS) Características Importantes: •Seis transmisores-receptores dobles (dTRU), o sea, 12 TRUs. Combinación híbrida y de
filtro para 1, 2 y 3 sectores en un gabinete. Puede ser dual band 850/1900. •Salto de frecuencia sintetizado y de banda base. •Soporta 12 TRUs EDGE en todos los slots de tiempo. •Rango extendido 121km. •Duplexor y TMA para todas las configuraciones.Cuatro puertos de transmisión soportando 8 Mbits/s. •Opcionalmente, incluye equipo de transmisión integrado. •Preparado para interfaz Abis basada en IP. 178 Preparada para Posicionamiento Móvil asistido por GPS.
Red Ericsson RBS 2302 Pout: 2 W
Características Importantes: Dos
transmisores-receptores por gabinete. Antena integrada Omni, Sectorial y Externa. Soluciones de Transmisión con CSU integrado y Long Haul. Transmisión HDSL. Funcionalidad Multi drop. Salto de frecuencia sintetizada y de banda base. Codificación de voz en Full y Half Rate. Diversidad en Recepción.
179
Red Ericsson RBS 2401 Pout: 160 mW (PCS)
Características Importantes: Dos
transmisores-receptores (14 canales de voz). Tamaño reducido. Peso ligero. Transmisión flexible. Salto de frecuencia sintetizada y de banda base. Soporte para codificación de voz en Full y Half Rate. 180
Red Siemens
181
Red Siemens Características: •Estación Base Dual band (GSM900 / GSM1800 and GSM800 / GSM 1900) •Arquitectura Modular. •Configuración de Sitio de hasta 72 TRXs/sitio, hasta 24 TRXs/celda y 24 celdas/sitio •Tasa de Datos de hasta 2 Mbit/s, que son ideales para EDGE CU/Rack
BS-240/BS241/ BS-240XL
BS-240 (I) BS 241 (O) BS-240XL
8 8 12
Max. Pot. GMSK 60 (40) W 60 (40) W 60 (40) W
Max. Pot. 8PSK 40 (30) W 40 (30) W 40 (30) W 182
Red Siemens
BS-82 (II)
Características: •Montaje en Monopolo o Muro. •Capacidad para Indoor & Outdoor. •Potencia de Salida de RF: Hasta 42 W en la antena (con ECU & combinación 2:2) •2 TRX por Rack con BR 7.0 •4 TRX por Rack con BR 8.0 •Ampliable hasta 3 racks (Hasta 12 TRXs.) •Soporta EDGE. •Dimensiones: (W x D x H): 60 x 43 x 83 cm 183
Red Nokia
184
Red Nokia Características Importantes: Soporta
Nokia UltraSite Indoor
hasta 12 GSM/EDGE TRXs (transceivers) o 6 GSM/EDGE TRXs y 3 WCDMA carriers en un gabinete. Hasta 9 gabinetes de BTS pueden ser puestos en cascada para proveer una alta capacidad por sitio. Los features de la BTS permiten mejorar el link budget, lo que ayuda a alcanzar una amplia área de cobertura para voz y datos.
185
Red Nokia Características Importantes: Soporta
Nokia UltraSite Outdoor
hasta 12 GSM/EDGE TRXs (transceivers) o 6 GSM/EDGE TRXs y 3 WCDMA carriers en un gabinete. Hasta 9 gabinetes de BTS pueden ser puestos en cascada para proveer una muy alta capacidad por sitio. Los features de la BTS permiten mejorar el link budget, lo que ayuda a alcanzar una amplia área de cobertura para voz y datos.
186
Red Nokia Características Importantes: Soporta
hasta 6 GSM/EDGE TRXs (transceivers). Los features de la BTS permiten mejorar el link budget, lo que ayuda a alcanzar una amplia área de cobertura para voz y datos. Habilitada para tercera generación.
Nokia UltraSite Midi Indoor 187
Red Nokia Características Importantes: Soporta
hasta 6 GSM/EDGE TRXs (transceivers). Los features de la BTS permiten mejorar el link budget, lo que ayuda a alcanzar una amplia área de cobertura para voz y datos. Habilitada para tercera generación.
Nokia UltraSite Midi Outdoor 188
Red Nokia Características Importantes: Pueden
Intratalk (indoors) Citytalk (outdoors) Flexitalk
albergar hasta 12 TRXs en configuraciones omni o sectorizada en dos gabinetes. Nokia Flexitalk Base Station es una Estación Base compacta con configuración flexible desde 1 TRX a 2 TRXs con amplificación, en configuración omni. Las estaciones base “ Talkfamily” soportan datos GSM de circuito conmutado (HSCSD), GPRS y EDGE.
189
Red Nokia Características Importantes: Capacidad
Nokia MetroSite EDGE Base Station
de 4-transceiver (TRXs) con capacidad de “chaining”, lo que permite hasta 12 TRXs por BTS. Un gabinete simple puede albergar TRXs tanto para GSM900 como GSM1800, permitiendo la mezcla de TRXs EDGE. Disponible para GSM 800/900/1800/1900 MHz.
190
Red Nokia Nokia InSite Base Station Pout: 160 mW (PCS)
Características Importantes: Solución
indoor dedicada de bajo costo. indoor.. Usa sólo una TRX (picocelda) para uso indoor Para GSM/GPRS 1900, potencia de salida: 160 mW Dimensiones: (W x D x H): 22.5 x 40 x 35 cm Consumo : 20 W típico. 191
Incorporación de GSM en 850
200 kHz de espectro para un canal GSM 105 KHz de guarda se requiere para 2% de BER en TDMA, lo que equivale a 4 canales TDMA (120 KHz). Espectro requerido mínimo: Banda de Guarda + 2,4 MHz = 3,6 (3,8) MHz. 192
Incorporación de GSM en 850
17 frecuencias = 3,4 MHz 193
BACKUP
Tecnologí a EDGE en Chile
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