GSM’e Giriş
GSM’E GİRİŞ
Vodafone Teknik Eğitim Merkezi – İstanbul Hazırlayan : Yalçın CANBAZOĞLU
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 1
GSM’e Giriş
İçerik 1. Genel Ba Bakış 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
GSM GSM Tarihç Tarihçesi esi Hücre Hücresel sel Konsep Konseptt Şebeke Şebeke Eleman Elemanlar larıı Transmisy Transmisyon on Yapısı Yapısı Freka Frekans ns Band Bandıı Modulasyon Modulasyon Tekniği Tekniği 1.7 Frekans Tekrar Kullanımı 1.8 Site Site Tipler Tiplerii
2. GSM Mima imarisi isi 2.1 GSM Şebeke Şebeke Yapısı Yapısı 2.2 Mobil Mobil İstas İstasyon yon 2.2.1 .2.1 Mobil obil Tele Telefo fonn Cih Cihaz azıı 2.2.2 SIM kart 2.3 Baz İstasyonu İstasyonu Sistemi Sistemi 2.3.1 BTS 2.3.2 BSC 2.3.3 Transcoder 2.4 BSS Konfigüra Konfigürasyonl syonları arı 2.5 Şebeke Şebeke Anahtarlam Anahtarlamaa Sistemi Sistemi 2.5.1 MSC 2.5.2 HLR 2.5.3 VLR 2.5.4 EIR 2.5.5 AUC 2.5.6 IWF 2.5.7 EC 2.6 İşletme-Ba İşletme-Bakım kım Sistemi Sistemi (OMS) (OMS) 2.7 Vodafone’de kullanılan Ekipmanlar
3. Hava Hava Arayü Arayüzü zü (Air (Air Inter Interfac face) e) 3.1 3.1 Giriş iriş 3.2 GSM Lojik Kanalları Kanalları 3.2.1 Trafik Kanalı alı 3.2.2 .2.2 Kontr ontrol ol Kana anallar llarıı 3.2. 3.2.2. 2.11 BC BCCH CH 3.2. 3.2.2. 2.22 CC CCCH CH 3.2. 3.2.2. 2.33 DCCH DCCH 3.3 Multif Multifram ramee Yapı Yapı 3.3. 3.3.11 26-F 26-Fra rame me TCH TCH Mul Multi tifr fram amee 3.3. 3.3.22 51-F 51-Fra rame me CC CCH H Mul Multi tifr fram amee 3.4 GSM GSM Burst Burst Yapıs Yapısıı 3.4.1 Burst Tipleri eri 3.5 Kanal Kanal Kodl Kodlama ama 3.5.1 Full Rate TCH 3.5.2 EFR 3.5.3 Kontrol Kanalı
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 2
GSM’e Giriş
İçerik 1. Genel Ba Bakış 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
GSM GSM Tarihç Tarihçesi esi Hücre Hücresel sel Konsep Konseptt Şebeke Şebeke Eleman Elemanlar larıı Transmisy Transmisyon on Yapısı Yapısı Freka Frekans ns Band Bandıı Modulasyon Modulasyon Tekniği Tekniği 1.7 Frekans Tekrar Kullanımı 1.8 Site Site Tipler Tiplerii
2. GSM Mima imarisi isi 2.1 GSM Şebeke Şebeke Yapısı Yapısı 2.2 Mobil Mobil İstas İstasyon yon 2.2.1 .2.1 Mobil obil Tele Telefo fonn Cih Cihaz azıı 2.2.2 SIM kart 2.3 Baz İstasyonu İstasyonu Sistemi Sistemi 2.3.1 BTS 2.3.2 BSC 2.3.3 Transcoder 2.4 BSS Konfigüra Konfigürasyonl syonları arı 2.5 Şebeke Şebeke Anahtarlam Anahtarlamaa Sistemi Sistemi 2.5.1 MSC 2.5.2 HLR 2.5.3 VLR 2.5.4 EIR 2.5.5 AUC 2.5.6 IWF 2.5.7 EC 2.6 İşletme-Ba İşletme-Bakım kım Sistemi Sistemi (OMS) (OMS) 2.7 Vodafone’de kullanılan Ekipmanlar
3. Hava Hava Arayü Arayüzü zü (Air (Air Inter Interfac face) e) 3.1 3.1 Giriş iriş 3.2 GSM Lojik Kanalları Kanalları 3.2.1 Trafik Kanalı alı 3.2.2 .2.2 Kontr ontrol ol Kana anallar llarıı 3.2. 3.2.2. 2.11 BC BCCH CH 3.2. 3.2.2. 2.22 CC CCCH CH 3.2. 3.2.2. 2.33 DCCH DCCH 3.3 Multif Multifram ramee Yapı Yapı 3.3. 3.3.11 26-F 26-Fra rame me TCH TCH Mul Multi tifr fram amee 3.3. 3.3.22 51-F 51-Fra rame me CC CCH H Mul Multi tifr fram amee 3.4 GSM GSM Burst Burst Yapıs Yapısıı 3.4.1 Burst Tipleri eri 3.5 Kanal Kanal Kodl Kodlama ama 3.5.1 Full Rate TCH 3.5.2 EFR 3.5.3 Kontrol Kanalı
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 2
GSM’e Giriş 3.5.4 Data Kanalı 3.6 Inter Interleav leaving ing 3.6. 3.6.11 Diag Diagon onal al inte interl rlea eavi ving ng-K -Kon onuş uşma ma 3.6. 3.6.22 Diag Diagon onal al inte interl rlea eavi ving ng-D -Dat ataa 3.6. 3.6.33 Rect Recten engu gula larr inter interlea leavi ving ng-K -Kon onuş uşma ma 3.7 GSM’de GSM’de Konuşm Konuşmaa Prosesi Prosesi
4. GSM GSM İşle İşletm tmee Pren Prensi sipl pler erii 4.1 Mobil Mobility ity 4.2 Konuşma Konuşma Kurulması Kurulması 4.2.1 MOC 4.2.2 MTC 4.3 Handov Handover er 4.3. 4.3.11 Intr Intraa-BS BSC C Han Hando dove ver r 4.3. 4.3.22 Inte Interr-BS BSC C Han Hando dove ver r
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 3
GSM’e Giriş
1. GSM TARİHÇESİ Genel Bakış 1972 yılında Bell Laboratuvarlarında mobil iletişim için hücresel kavramı ortaya kondu ve bütün dünyada bu temelde farklı analog mobil iletişim sistemleri geliştirildi. Örneğin: • • • • • •
Total Access Communication System (TACS) İngiltere’de Nordic Mobile Telephone System (NMT) İskandinav ülkelerinde Advance Mobile Mobile Phone System System (AMPS) USA’de Radio Mobile Telephone System (RMTS) İtalya’da C-450 Almanya’da NTT Japonya’da kurulan sistemlerdir.
Yukarıda ki sistemlerden bazılarının bazılarının gelişimi çok başarılı olmuştur. olmuştur. Fakat sistemlerin sistemlerin bağımsız olmaları ve birbirleri ile uyumlu olmamaları gibi kesin kısıtlamalar vardı. Bir sistemdeki mobil telefon cihazı başka bir sistemde kullanılamıyordu. Yine aynı zamanda NISDN(Narrow band Integrated Integrated System Digital Network) Network) geliştirildi ve ISDN servislerinin servislerinin Mobil telefonda uygulanmasıyla pazar içinde büyük gelişme sağladı. 1982 yılında, Avrupalı otoriteler,büyük bir öngörü ile Mobil iletişimdeki uzun süreli potansiyeli belirlemiş ve mobil iletişimin sonraki jenerasyonunu planlamaya başlamışlardır. CEPT (Conference of Europen Post and Telecomunications Administration ) toplantısında 2.jenerasyon 2.jenerasyon sistemi oluşturmak amacıyla GSM(Groupe Special Mobile) çalışma grubu kuruluştur. Yeni sistemin dizayn felsefesi: • • •
Avrupa ülkeleri arasında dolaşıma izin verecek (Roaming) Açık standartlarla dizayn edilecek ISDN servislerinin sağlanabileceği dijital teknoloji kullanılacak
Geliştirilen sistem Global System for Mobile Communication(GSM) adını almıştı.Sistem ismi ile komite isminin karışıklık oluşturmaması için komitenin ismi Groupe Special Mobile’den (GSM) , Special Mobile Groupe(SMG) olarak değiştirildi. 1988’de ETSI( European Telecomunication Telecomunication Standart Institute) kuruldu. Bu enstitü daha önce farklı standartlarla ifade edilen CEPT aktivitelerini(tüm telekomünikasyon standartlarını) ,GSM standartları da dahil olmak üzere tek bir standart altında topladı. GSM standartları artık ETSI standartları içinde isimlendirilmişlerdir. SMG iki seçenekle geldi: - GSM 900 Bu sistem sistem 900 MHz freka frekans ns bandın bandınıı kullan kullanma makta ktadır dır.T .T emel emel olarak kırsal alan için tasarlanmıştır ve maksimum cell yarıçapı 35 km’dir. - DCS DCS 1800 1800 Bu sist sistem em 1800 1800 MHz MHz frek frekan anss band bandın ınıı kull kullan anma makt ktad adır ır.T .T emel emel olarak abone yoğunluğunun fazla olduğu şehirsel alanlar için tasarlanmıştır ve maksimum cell yarıçapı 7-8 km’dir Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 4
GSM’e Giriş
Hücresel Konsept Tüm mobil şebeke kapsama alanı küçük hücrelere ayrılmıştır, her bir hücrenin kendi alıcı/vericisi ve tanımlı frekansları bulunmaktadır. Mobil istasyon bir hücreden başka bir hücreye hareket edebilir ve herhangi bir sabit bağlantı olmaksızın konuşma yapabilir. Şebekede alıcı/verici açısından Hücresel konseptin avantajları: •
•
Güç tasarrufu : BTS ve Mobile istasyon açısından hücre ölçüsü küçüktür,dolayısıyla küçüktür,dolayısıyla daha az enerji harcanacaktır. harcanacaktır. Frekans tekrar kullanımı : Aynı radyo frekansları komşu hücrelerde girişime(interference) girişime(interference) sebep olmayacak güvenli bir mesafe bırakılarak tekrar kullanılabilir. Bu sayede şebeke, kısıtlı radyo frekans taşıyıcıları ile daha fazla sayıda aboneye servis verebilir.
Mobil abonenin avantajları : • • •
Hareketlilik Esneklik Rahatlık
Şebeke sağlayıcı için avantajları : • • • •
1.3
Şebeke genişleme esnekliği Verimlilik Kolay konfigürasyon ve frekans planı Gelir/kar payları
Şebeke El Elemanları
GSM Şebekesi; Santral (MSC – Mobile service Switching Centres) , Baz istasyonu sistemi (BSS- Base Station Systems) ve Mobil telefondan (MS – Mobile Stations) oluşmaktadır. Bu üç bileşen kendi içlerinde alt elemanlara ayrılabilir.Örneğin; BSS grubunda, Baz istasyonu (BTS –Base Transceiver Stations) ,Baz istasyonu kontrol ekipmanı (BSC – Base Station Controllers) ve Transcoder birimleri bulunmaktadır. MSC , BSS ve MS ile konuşma yapabilir, konuşma alabilir ve ücretlendirme gibi sabit telefon şebekesinde (PSTN – Public Switched Telephone Network) yapılabilecek bütün işlemler yerine getirilebilir. MS ile yalnızca aynı şebekede bulunan diğer MS’lerle konuşabilme yeterli olmayacağından olmayacağından abonenin başka telefon şebekesi aboneleri ile görüşmesini de sağlayabilmek için GSM şebekesi ile PSTN şebekesini arasında bağlantı bağlantı yapılması gerekmektedir. Mobil abonelerinin GSM Network’ü içinde servis aldıkları bölge “cell” olarak isimlendirilir. Cell’ler BSS tarafından sağlanır. Her bir BSS ,ekipman üreticisine bağlı olarak bir veya daha fazla cell sağlayabilir. GSM’de teorik cell şekli Hexagonal olarak çizilmiştir. Bununla beraber Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 5
GSM’e Giriş pratikte bu kadar düzgün ve kesin bir şekil çizmek pek mümkün değildir. Planlamacıların yapacağı çalışma sonunda gerçek cell şekli oluşacaktır.
Gerçek Cell Kapsama alanı
Teorik Cell Kapsaması
Servis alınan bölge aynı zamanda Kapsama Alanı olarak ta isimlendirilir. Bağımsız olarak çalışan, bir birime ait ekipmanın bulunduğu yer SİTE olarak isimlendirilmektedir.(Ör: Bir Baz istasyonunun bulunduğu yer;BTS site, MSC’nin bulunduğu yer yine ayrı bir site-MSC site olarak nitelendirilir).
PSTN
-
MS
-
BSS
Transmisyon Yapısı Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 6
GSM’e Giriş GSM şebekesinde 2 temel bağlantı yapısı kullanılmaktadır : 1Terrestrial link bağlantısı : Baz istasyonundan Santral birimine kadar kullanılan bağlantı şekli bu yapıdadır. 2Radyo frekans bağlantısı : Mobil telefonla Baz istasyonu bağlantısını sağlayan yapıdır. Telekom sistemlerinde kullanılan Terrestrial linkler için Avrupa ve Amerika ayrı standartlarla tanımlamalar yapmışlardır. İletim değerleri açısından aynı yapıda olan bu linkler, konfigürasyon olarak farklıdırlar.
E1 link: Avrupa standartlarında tanımlanmıştır. Bu standartları kabul eden ülke şebekelerinde kullanılmaktadır. Türkiye’de kullanılan hat yapısı da E1 formatındadır. E1 linkleri 2,048Mb/s veri hızına ve 64Kb/s’lık 32 adet zaman dilimine(TS-Time Slot veya kanal olarak isimlendirilir) sahiptir. TS 0, her zaman hattın senkronizasyonu için ayrılmıştır. Geriye kalan 31 TS ise PCM verisi taşımak için kullanılabilir. Bu TS’lardan herhangi biri sistemi kontrol amacıyla sinyalleşme kanalı olarak ayrılır. Genel bir kabul olarak sinyalleşme için 16.TS kullanılır.
0
1
2
16
29
30
31
64Kb/s Sinyalleşme Senkronizasyon
Kanal 0 Kanal 1-31 Kanal 16
: Hattın Senkronizasyonu : Normal Veri kanalı : Sinyalleşme Kanalı olarak kullanılır.
Toplam 32 kanal, 64Kb/s veri kapasitesi 32 x 64Kb/s = 2048 Kb/s E1 link kapasitesi
T1 Link : T1 Linkleri genel olarak Amerika ve Japonya’da kullanılır . 1,544 Mb/s’lık bir veri hızına sahiptir. 24 adet 64Kb/s’lık TS’tan oluşur ve hepsi PCM veri iletimi için kullanılabilir. Senkronizasyon, ek olarak kullanılan 1 bit sayesinde sağlanır. Dolayısı ile bir data frame’i 193 bit’tir(24x8 bit, ilave olarak 1 senkronizasyon biti). Sinyalleşme bilgisi PCM verisi içinde çoğullanarak veya ayrı bir sinyalleşme TS’u ile taşınabilir
1.5
Frekans Bandı
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 7
GSM’e Giriş Hücresel Mobil iletişim sisteminde telefonlarla sistem arasında ki haberleşme hücrelerde “radyo frekans”ları ile sağlanmaktadır. Konuşma ve haberleşme bilgisi bu radyo frekansları ile taşınmaktadır. Baz istasyonlarından yapılan bu radyo yayınımları hücre kapsama alanını oluşturmaktadır. Hücresel sistem için dar bir frekans bandı ayrılmış olup, farklı GSM şebeke sistemleri için frekans band aralıkları şu şekildedir:
GSM RADIO FREQUENCY BANDS
UPLINK
DOWNLINK
GSM-900 890 MHz
915 MHz
935 MHz
UPLINK
E-GSM 880 MHz
960MHz
DOWNLINK 915 MHz
925 MHz
UPLINK
960MHz
DOWNLINK
DCS-1800 1785 MHz
1710 MHz
1805 MHz
UPLINK
1880 MHz
DOWNLINK
PCS-1900 1850 MHz
1910 MHz
1930 MHz
1990 MHz
Frekans bandı iki kısıma ayrılmıştır : UPLINK - Mobil telefondan Baz istasyonuna doğru gerçekleşen iletim yolu DOWNLINK - Baz istasyonundan Mobil telefona doğru gerçekleşen iletim yolu olarak isimlendirilmektedir. Vodafone Türkiye 10.05.2007-v1.1 Sayfa 8
GSM’e Giriş Alış ve veriş için iki farklı frekans aralığı kullanılmaktadır. Mobil sistem için 1 aboneye ait konuşma bilgisini en iyi şekilde taşıyabileceğimiz band genişliği 25 KHz olarak hesaplanmıştır. Analog ( yaygın olarak araç telefonu sistemleri ve USA’de halen kullanılmakta olan bazı şebekeler) ve Digital Mobil sistemlerde farklı iletim sistemleri tasarlanmış olmakla beraber kabaca bu band genişliği esas alınmıştır. Digital mobil sistemlerde (GSM , DCS1800, PCS vs.) frekans bandı 200 KHz’lik dilimlere ayrılmıştır. Herbir frekans diliminde zaman bölümlemesi yapılarak 8 kanal oluşturlulmuştur. Bu kanallarda 8 mobil bağlantısı sağlanmaktadır, başka bir deyişle 8 kişi konuşabilmektedir.
UPLIN 0 0 1 0 0 2 0 03
890 M H
DOWNLI
Guard Ba 123 124
001 002 003
123
935 M H
915 M H
124
960 M H
Duplex spacing 45
R a d i o fr e q u e n c y c h a n n e l d i s t ri b u t io n f o r G S M 9 0 0 GSM’e ait frekans bandı; 25MHz Uplink, 25 MHz Downlink ve 20MHz’de bu iki band arasında koruma bandı ve ilerde gerçekleşecek uygulamalar için bırakılmış rezerve banddan oluşmaktadır. 25MHz’lik dilim içinde 125 adet 200KHz’lik taşıyıcı frekans bulunmaktadır. Bu frekans dilimlerinin herbiri “frekans veya frekans kanalı” olarak isimlendirilmektedir. Frekans dilimlerinde kullanılan radyo dalgalarının özelliği gereği oluşan harmoniklerin band dışına taşıyor olması nedeniyle bize ayrılan frekans aralığının başında ve sonunda 100KHz’lik kısımlar diğer frekansların etkilenmemesi için kullanılmamaktadır. Bu nedenle toplam 125 frekans kanalının 124 adedi etkin olarak kullanılmaktadır. GSM900 sisteminde bir abonenin konuşmasını çift yönlü taşımak için 1 adet Uplink ve1 adet te Downlink frekansı kulanmak gerekmektedir. Abone için alış(Rx) ve verişte(Tx) aynı kanal numaralı frekans kanalı kullanılmaktadır. Örneğin; abonenin konuşmaları 3 nolu Uplink frekans kanalı üzerinden Baz istasyonu aracılığı ile diğer telefon abonesine iletilirken, karşı taraftan gelen ses bilgisi mobil aboneye yine 3 nolu Downlink frekans kanalı üzerinden gelmektedir . Sistemde frekans tanımlamaları ve kullanımı bir çift frekans kanalından oluşan tek bir frekans şeklinde olmaktadır. Sistemde bir frekanstan bahsedildiğinde bu aralarında 45 MHz aralık bulunan Downlink ve Uplink frekans kanalını ifade etmektedir.
1.6
Modulasyon Tekniği
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 9
GSM’e Giriş Mobille baz istasyonu arasında, hava arayüzünde digital sinyal iletimi için GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) modulasyon tekniği kullanılmaktadır. GMSK modulasyonunda, faz değişiklikleri anlık olmayıp, belirli bir peryot süresince yapılmaktadır. Böylece yüksek frekans bileşenlerinin oluşumu engellenmiş olacaktır. Bu da kullanılacak spekturum band genişliğinin diğer tekniklere göre daha az olmasını sağlayacaktır. GMSK’de ilk önce digital sinyal Gaus filtresinden geçirilerek,sinyalin şekli köşeleri yuvarlamak suretiyle değiştirilir. Filtre edilen sinyal, faz kaydırması için taşıyıcı sinyale uygulanır.
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 10
GSM’e Giriş
Frekans Tekrar Kullanımı GSM’de tahsis kullanılabilecek toplam frekans sayısı 124 adettir. Bu frekanslar her ülkede bir veya birden fazla şebekenin kapsamasını sağlamak için kullanılacak toplam kapasitedir. Dolayısıyla planlanan bütün şebekeler için bu frekanslar paylaşılmak durumundadır. Örneğin;ülkemizde GSM900 şebekesi olarak Vodafone ve Turkcell şebekeleri kurulmuştur.Her iki şebekede bu 124 adet frekansı paylaşmışlardır. Vodafone’e tahsis edilen frekanslar : 21-30 ve 40-79 aralığında bulunan 50 adet Turkcell’e tahsis edilen frekanslar : 10-19 ve 81-120 aralığında bulunan 50 adet *Avea tahsis edilen Frekanslar : 1-6 aralığında bulunan 6 adet : Geri kalan frekanslar tahsisden sorumlu makamın(Telekomünikasyon Kurumu -TK) kontrolünde olup,yeni şebekeler için veya mevcut şebekelere ilave tahsis şeklinde kullanılabilir. Bu her ülkenin kendi şartları ve Telekomünikasyon kurullarının genel standartları çerçevesinde değerlendirilmektedir. Bir operatörün sınırlı sayıdaki bu frekanslarla bütün ülkeyi kapsaması oldukça zordur. Standart hücre çapı yaklaşık 70 km’dir. Türkiye gibi bir ülkeyi düşünecek olursak Vodafone örneğiyle 50 frekansı bir kez kullanmakla bütün ülkeye yayın gerçekleştiremeyiz. Bu durumu aşmak için operatörler frekansları tekrar tekrar kullanmak için modeller geliştirmişlerdir. Bir şebekede frekansların hangi sıklıkla ve nekadar kullanılacağının hesaplanması gerekmektedir (Kalite kabulleri doğrultusunda).
Frekan s 3
Frekan s 2
Frekan s 4 Frekan s 1 Frekan s 7
Frekan s 5 Frekan s 6 Frekan s1 Frekan s4
Radyo dalgaları baz istasyonu ve mobil telefonlardan belirli bir güçte yayınlanırlar. Planlamaya göre değişmekle birlikte izin verilen maksimum seviye Baz istasyonu için 20Watt ve Mobil telefonlar içinse 2W gücündedir. Radyo dalgaları çevre şartları ile orantılı olarak zayıflarlar.İlave bir etki olmaksızın havada zayıflama mesafenin karesi ile ters orantılıdır. Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 11
GSM’e Giriş
D
BTS
Sinyal gücü +43dBmW(20watt)
-106dBmW(0.001pW)
35km
Mesafe
Mobil telefon ve baz istasyonunun sinyalleri minumum alış seviyesi –106 dBmW’tır. Bu seviyeden daha düşük güçte gelen sinyaller işlenememektedir.Radyo dalgalarının eriştiği bu minumum seviye hücre kapsama alanını belirlemekte yaklaşık sınırları oluşturmaktadır. Fakat bu sınırların dışında sinyal zayıflayarak da olsa yayınımını devam ettirmekte ve sonsuzda sıfır seviyesine yaklaşmaktadır.Bu zayıf sinyaller aynı veya komşu frekansta bir sinyalle karşılaşınca bu sinyali zayıflatıcı yada diğer bir tabirle bozucu bir etki göstermektedir. Bu olay “interference” olarak isimlendirilir.İnterference seviyesi konuşma kalitesini doğrudan etkilemektedir. Hücreler planlanırken coğrafi konum ve sinyal güçlerinin ne seviyede olacağı ve frekans seçimi interference etkisi gözönünde bulundurulmalıdır. Aynı nolu frekanslar, Co-channell Interference, Komşu frekansların oluşturduğu interference’da Adjacent Channell Interference olarak isimlendirilir. (900 MHzFrekans bandında örneğin; 21 nolu frekans, 20 ve 22 nolu frekansların komşusudur)
1.8
Site Tipleri
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 12
GSM’e Giriş Temel olarak hücreler iki şekilde düzenlenmektedir: • Omni cell : Bu cell tipinde site 1 cell’den oluşmaktadır ve baz istasyonundan yayınım 360° eşit olarak gerçekleştirilmektedir. Bu site için antenler bu yayınıma uygun özel liktedir ve yine Omni anten olarak isimlendirilir. • Sektör cell: Sektör site’lar bir veya birden fazla cell’den oluşmaktadır.GSM’de kullanılan genel yapı 3 cell’den oluşan sektör yapıdır. Herbir cell aynı zamanda sektör olarak isimlendirilir. Sektörler yönlü antenler kullanılarak oluşturulur. Bu tip antenler ön yüzey doğrutusunda belirli bir açıyla yayınım yaparlar. Sektör yapıda hücre sınırlarını bir bölgeye odaklama ve daha kesin olarak belirlemek daha kolaydır. Yine antenler belirli bir eğimle monte edilebilirler.Böylece radyo sinyallerinin gidebileceği alanları bilmek ve sınırları planlamak daha kesindir,dolayısıyla şebekenin sinyal kalitesi daha iyi olacaktır. Hücreleri daha küçük dilimlere(sektör) ayırmakla abonelere daha kaliteli hizmet sunma ve kapasitenin daha etkin kullanımı mümkün kılınmaktadır. Düşük abone kapasitesinin olduğu ve olabildiğince geniş alanların kapsanmak isteneceği kırsal bölgeler için Omni-cell tipleri ,yüksek abone kapasitesi ve yoğun cell yerleşiminin gerçekleştirileceği şehirsel alanlar için Sektör-cell tipleri tercih edilir. Omni site 360° eşit yayınım, 1 cell 1 veriş ve 1 alış anteni (Tx ve Rx antenleri)
Sektör site 120° açılı 3 cell(sektör)’lü site 3 veriş ,3 alış anteni
Cell2 Cell1 Cell3
2.
GSM MİMARİSİ
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 13
GSM’e Giriş
2.1
GSM Şebeke Yapısı
GSM şebekesi üç ana bileşenden oluşmaktadır: BSS ,NSS ve OMS . Bu sistem mimarisini oluşturan eleman gruplarıdır ve yine şebeke elemanı sayılmamasına rağmen 4. bileşen gibi düşünebileceğimiz önemli bir birimde Mobil İstasyon(MS) olarak nitelendirilen telefon ve abonedir. Herbir şebeke bileşeni kendi içinde birden fazla ekipmandan oluşmaktadır.Genel olarak GSM standartlarında şebeke yapısı ve elemanlar arasındaki bağlantı belirgin ve uyulması gereken şart olarak ifade edilmiştir.(Open standarts) Böylece bu standartlara göre üretilen ekipmanlar farklı üreticilerin markaları dahi olsa birbiri ile uyumlu çalışabilir. Örneğin; Motorola üretimi bir Baz istasyonu sistemi, Ericson’a ait bir santral ile çalışabilir. Bu durum işletmeciler ve dolayısıyla aboneler için rekabet edilebilir bir ortam sağlamakta ve esneklik her iki tarafın yararına olmaktadır. Standartlar bütün şebeke elemanları ve yapıyı açık olarak tanımlamış olmakla beraber bazı konularda teknik olarak sistem yararına olan durumlar için üreticiler esnek bırakılmıştır. Bu da birebir bütün elemanların değilde ana bileşenler bazında üreticiden bağımsız bağlantıyı mümkün kılmaktadır. Baz istasyonu, Baz istasyonu kontrol ünitesi ve Transcoder’dan oluşan radyo sistemi(BSS :Base Station Sub-system) için bütün ekipmanlar aynı üretici grubundan olmak durumundadır. Böylece bazı işletim birimleri(Sw prosesler) her ekipmanda birebir kurulmak yerine birleştirilerek ortak kullanılmakta ve daha verimli kılınmaktadır. GSM şebekesinin ana grupları: Mobil istasyon ( MS :Mobile Station) Abonenin şebekede görüşme için kullanması gereken mobil telefon,fax makinası vs. • Baz istasyonu sistemi ( BSS : Base Station System) Abonenin şebekeye girişini sağlayan Mobil istasyon ile santral arasındaki radyo bağlantı sistemidir. • Santral sistemi ( NSS :Network Switching System) Mobil abonenin şebeke içinde veya diğer şebekelerde bulunan telefon aboneleri ile bağlantısını sağlayan ve abonelik işlemlerini yürüten sistemdir. • İşletme-Bakım sistemi ( OMS : Operation and Maintenance System) Şebekenin bir merkezden kontrolünü sağlayan işletme sistemi ve bu amaçla yapılan tüm faaliyetleri içermektedir. •
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 14
GSM’e Giriş Operation & Maintenance System
Network Switching System HLR
VLR
NMC
AUC
EIR
OMC
MSC
IWF PSTN/ISDN
EC
Transcoder
BSC
ME
BTS
Base Station System
SIM
2.2
Mobil istasyon ( MS :Mobile Station)
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 15
GSM’e Giriş MS iki kısımdan oluşmaktadır , telefon cihazı(ME: Mobile equipment) ve SIM(Subscriber Identity Module) denilen akıllı kart. ME abonenin şebekeye bağlanmasını sağlayan donanımdır. Sesi elektriksel sinyallere ve GSM’in kullandığı iletim formatına dönüştürerek konuşmayı sağlar. SIM kart ise aboneye ait bilgileri ve sağlanacak servislere ilişkin yazılımı içermektedir. SIM kart telefon cihazına takılır ve bu durumda telefon abone için kişiselleşir. ME özel tip bir seri numarasına sahiptir. Bu numara kullanılarak SIM kart olmaksızın bazı servisler kullanılabilir. Örneğin ; acil durumlar için 112 acil servis numarası Sım kart olmadan da aranabilir. Konuşma servislerinin sağlanabilmesi için SIM kart ve ME cihazı birlikte kullanılmalıdır.
ME ME
+
SIM MS : Mobile Station 2.2.1 Mobil Telefon Cihazı(ME)
Mobil telefon cihazı abonenin şebekeye girişi için gerekli olan bir kısmıdır. Mobil telekomünikasyon sistemlerinde kullanılan 3 tip telefon cihazı bulunmaktadır. •
Araca monteli
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 16
GSM’e Giriş Bu cihaz arabaya monte edilmektedir ve antenleri aracın dış kısmında bulunmaktadır. 1980’li yıllarda kurulan mobil şebekelerin aboneleri cihazları büyük ve ağır olmaları nedeniyle çoğunlukla araçlara monte edilmiş olarak kullandılar. Bu şebekelerde sonraki versiyonlarla kıyaslandığında halk arasında Araç telefonu ve şebekesi olarak isimlendirilmişlerdir. 5-8 watt güçlerindedir. •
Portatif mobil cihazlar Bu cihazların ahize birimleri elde taşınabilir olmakla beraber anten ayrı bir RF ünitesine bağlıdır. Cihaz sürekli elde taşınmak şeklinde değilde bir yerden bir yere taşınarak belirli alanlarda kullanılmaktadır.(İş yeri,şantiye, arazi vs.)
•
Elde taşınabilir cihazlar Bu cihazlar tamamı elde taşınabilecek hacim ve ağırlıktadır. RF ünitesi , anten ve telefon cihazı küçültülerek birleştirilmiştir. Bugün kullandığımız cep telefonları bu tiptedir. Şebekelerde sinyal seviyelerinde dengeyi ve belirli bir kaliteyi sağlayabilmek açısından cihaz güçleri sınıflandırılarak sistemde buna göre tanımlamalar yapılmıştır. Cihaz RF(Radio Frequency) güç değerleri
Güç sınıfı 1 2 3 4 5 • • • • •
Güç Çıkışı (Watt) (kullanılmıyor) 20 (Portatif cihazlar) 8 (Araç telefonu) 5 (GSM900 cep tel.) 2 (GSM1800 cep tel.) 0.8
Mobil cihaz genel özellikleri: Yukarıda tabloda verilen güç değerlerini sağlayabilme Faz1 ve faz2 özelliklerini destekler Şifreleme yapabilme SMS (Short Message Services) gönderme/alma Belirlenen frekans bandında iletimi sağlama
2.2.2 SIM kart SIM kart abone bilgilerini taşıyan akıllı kart olup,mobil cihaz içine takılmaktadır. Temel olarak şu bilgileri içerir: • IMSI (International Mobile Subscriber Identity) Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 17
GSM’e Giriş Bu numara şebekede aboneyi tanımlayan özel bir numaradır. Abone şebekede tek numarayla birden fazla servisi kullanabilir.(Telefon numarasından farklı bir numara)Bu numara yalnızca şebekeye ilk girişte kullanılır. • TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) IMSI yerine kullanılan bir numara olup, peryodik olarak değiştirilmektedir. Böylece abone bilgileri ve konuşma güvenliği için dinlenmeye karşı ilave bir korunma sağlamaktadır. • LAI (location Area Identity) Abonenin şebekede(Kendi şebekesi veya tanımlı herhangi bir GSM şebekesi) bulunduğu yeri tanımlar. Bu kod sayesinde aboneye gelen çağrılar için bağlantı kurulmaktadır. • Ki Abone bilgisi ve konuşma güvenliğini sağlamak amacıylakullanılan bir şifreleme ve sorgulama anahtarıdır. Bu kod her abone için ayrı olup,SIM kart ve AUC’ta kayıtlıdır. Ki kullanılarak MS ile BTS arasında iletilen tüm bilgiler(Sinyalleşme ve konuşma) şifreli olarak gönderilir. Şifreleme ve deşifre işlemini sağlayan anahtar kod Ki’dır. • MSISDN (Mobile Station International Services Digital Network) Bu abonenin kullandığı telefon numarasıdır. Ülke kodu, şebeke kodu ve abone telefon numarasının birleşmiş halidir.Ör: 90 542 5610037 Abone tel. no Şebeke kodu (Vodafone) Ülke kodu (Türkiye) SIM kartta abonenin şebekeden servis alması için gerekli bu bilgiler dışında ilave bilgileri de sağlayabilir. Telefon numaralarını kaydetme, hesap makinası vs. Kullanıma bağlı özellikleri bulunmaktadır.
2.3
Baz istasyonu sistemi (BSS)
Baz istasyonu sistemi şebekede MS ile MSC arasındaki bağlantıyı sağlayan digital ve RF ekipmanlarının bir kombinasyonudur. BSS mobil ile digital hava arayüzü( air interface) ve MSC ile de 2 Mbit/s hatlar üzerinden bağlantıyı gerçekleştirir. BSS’in üç temel donanım elemanı vardır: Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 18
GSM’e Giriş 1. Baz istasyonu ( BTS :Base Transceiver Station) 2. Baz istasyonu kontrol birimi ( BSC : Base Station Controller) 3. Transcoder (TC)
2.3.1 BTS BTS mobil telefon ile şebeke arasındaki radyo bağlantısı ile ilgili bütün fonksiyonları yapmaktadır.Bir BTS ekipmanı bir veya birden fazla cell kapsamasını sağlayabilir,GSM’de genellikle max. 3 cell kapsaması uygulanmaktadır. BTS fonksiyonları : • Radyo kanal yönetimi ; konuşma yapmak için gerekli radyo kanalının tahsisi ve konuşmayı başlatmak için gerekli işlemlerin gerçekleştirilmesi • Sesin elektriksel formata dönüştürülmesi ve air interface’deki iletim formatının sağlanması için gerekli işlemler : Kanal kodlama, harmanlama,şifreleme, BURST formatı , RF modulasyonu ve bütün bu işlemler tersi de yapılmak üzere çift yönlü gerçekleştirilmektedir. • Radyo frekanslarının gönderimi ve alımı Frekans hopping • Hondover •
2.3.2 BSC BSC ,BSS’in akıllı kısmıdır. Kaynakların yönetimini ve işletme-bakım fonksiyonlarını kontrol eder. Bir BSC birden fazla BTS’i kontrol etmektedir. Örneğin ;kullandığımız Motorola BSC’lerde donanım olarak bağlantıyı sağlar isek 100 BTS kontrol edilebilir. BSC fonksiyonları: BTS, TC ve OMC bağlantısını sağlamak • • Radyo kaynaklarının yönetimi (abone için kanal tahsislerinin yapılması) • Radyo frekans yönetiminin gerçekleştirilmesi • Konuşma işlemleri
2.3.3 Transcoder Transcoder, GSM’de kullanılan iletim formatı ile genel telekomünikasyon sistemlerindeki iletim formatı arasındaki dönüşümü sağlar. GSM sisteminde air interface’de iletimin zorluğu nedeniyle ve daha verimli kullanım için kabul edilmiş iletim değeri 16 Kbit/s dir. Normal telekom sistemlerinde ise 64 Kbit/s lik iletim kullanılmaktadır. Transcoder 16Kbit/s den 64 Kbit/s ve tersi yönde dönüşümü gerçekleştirmektedir. Ekipman olarak MSC’lerin yanına yerleştirilmiştir. Kısaltma olarak ,genel GSM literatüründe ve Nokia TC • Motorola RXCDR • Siemens TRAU
MSC
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 19
GSM’e Giriş E1 Link(2 Mbit/s) 1 TCH 64Kbit/s
TC
E1 Link(2 Mbit/s) 1 TCH 16 Kbit/s
BSC
E1 Link(2 Mbit/s) 1 TCH 16 Kbit/s
TDMA 270 Kbit/s 1 TCH 33.8 Kbit/s
BTS
MS
2.4
BSS Konfigürasyonları
BTS ve BSC yerleşimi ve bağlantısında değişik konfigürasyonlar oluşturulabilmektedir. Bir BSC birden fazla sayıda BTS’i kontrol eder. Bunun sınırı BSC’nin bağlantı donanım ve yazılım kapasitesi ile ilişkilidir ve üreticilerin farklı versiyonları için değişiklik göstermektedir. BTS ve BSC aynı cell-site’a “co-located “ veya BSC’den farklı bir yerde “remote olarak yerleştirilebilir. Çoğunlukla kullanılan yapı “remote” bağlantıdır. Vodafone Türkiye 10.05.2007-v1.1 Sayfa 20
GSM’e Giriş BTS’ler BSC’ye olan bağlantılarında direk birebir bir bağlantı yerine “daisy chain” denilen bir şekilde birbiri üzerinden bağlanabilirler. Bu yapı arada bulunan transmisyon hattının daha etkin kullanımını sağlanmaktadır.Bununla beraber işletme açısından bir risk getirmektedir, zincirde oluşan herhangi bir kesintide bağlı birden fazla BTS devre dışı kalmaktadır.
E1 Link(2 Mbit/s)
BTS1
BTS2
BTS3+BTS4 TCH’leri
BTS4 TCH’leri
BTS3
BTS5
BTS6
BTS4
BTS7
BTS8
BSC
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 21
GSM’e Giriş
2.5
Şebeke Anahtarlama Sistemi ( NSS )
NSS GSM şebekesinin anahtarlama fonksiyonlarını yerine getirir. Abonenin şebeke içinde veya diğer şebekelerle (PSTN yada diğer GSM şebekeleri) olan bağlantısı NSS üzerinden anahtarlanır.Ayrıca abonelik işlemleri ve abonenin hareketliliği için gerekli veriler NSS’te bulunmaktadır. NSS’in ana ekipmanları şunlardır: • MSC – Mobile services Switching Centre • HLR - Home Location Register • VLR - Visitor Location Register EIR - Equipment Identity Register • AUC – Authentication Centre • • EC - Echo Canceller • IWF - Interworking Function
2.5.1 MSC MSC NSS alt sisteminin en temel elemanıdır. “Santral” olarak da tabir edilen bu ekipman şebeke içinde ve diğer şebekelerle olan tüm anahtarlama fonksiyonlarını yerine getirir. MS’ten itibaren konuşma bilgisi BSS’ten geçerek MSC’ye gelir ve buradan görüşülmek istenen abonenin bulunduğu yere servis veren BSS gurubuna yada PSTN şebekeye bağlantısı gerçekleştirilir. Trafik yönlendirmesi ile beraber şu temel fonksiyonları da sağlar: • BSS kontrolü; trafik kanallarının yönetimi ve tahsisi • Konuşma işlemleri; konuşmanın başlatılması ,sonlandırılması, abone mobility işlemleri vs. • Ücretlendirme • Anons sistemleri • Alt servislerle olan bağlantılar; SMS, VMS,WAP vs.
2.5.2 HLR Abone kayıtlarının yapıldığı ve saklandığı kütük dosyalarıdır. Abonelere verilentelefon numaraları HLR’a kaydedilen numaralardır. Bu numaralar tahsis edildiğinde aboneye ait kimlik bilgisi,ücret tarifeleri, kısıtlamalar ve kullanılacak servisler hakkında bilgiler bu dosyalara kaydedilir. Böylece abone şebekede tanımlanmış olmaktadır. Bu özelliğiyle HLR şebekenin annesi gibidir. HLR kapasiteleri kayıt edilebilen abone sayısıyla ifade edilirler. Bu bilgiler ile beraber abonenin aktif olarak bulunduğu VLR adresi de HLR’da tutulur ve abone yer değiştirdikçe güncellenir.
2.5.3 VLR
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 22
GSM’e Giriş VLR aboneye ait aktif işlemleri gerçekleştirmede kullanılan geçici kütüklerdir. Yapı olarak HLR’ın kopyalarıdır. Abone kayıtları sabit dosyalar olan HLR’a yapılır.Konuşma işlemleri ve abonenin sorgulama işlemleri bu dosyada bulunan bilgilerle gerçekleştirilmektedir. Abonenin hareketliliği nedeniyle bu bilgilere ulaşmak konusunda bir yük dengesi oluşturmak oldukça güç olmaktadır ve şebekenin performansını etkilemektedir. Abone başka bir bölgeye gittiğinde ona ait bilgileri almak üzere her ihtiyaç olduğunda HLR’a başvurmak yerine o bölgeye ait bir geçici kütüğe(VLR) bu bilgiler bir kez kopyalanırsa abone o bölgede bulunduğu sürece işlemleri için HLR yerine VLR’ın kullanılarak şebeke sinyalleşme yükü dengede tutulabilir ve şebekenin performansının yüksek olması sağlanabilir. VLR’da : Abone bilgileri (ücret tarifesi, servisler,kısıtlamalar vs.) • • Abone yer bilgisi (LAI :Location Area Identity ) • Sorgulama bilgileri tutulur. Bu bilgiler ışığında abonelik sorgulaması VLR tarafından yapılır. VLR’lar da abone sayısı ile ifade edilirler ve genel olarak MSC ile birlikte bulunurlar. Her bir MSC’de yine bir adet VLR bulunmaktadır.
2.5.4 EIR Mobil telefon cihazlarına ait (ME) kayıtların tutulduğu ve kontrol edildiği kütüklerdir. Her telefon cihazının IMEI (International Mobile Equipment Identity) denilen özel bir seri numarası bulunmaktadır. Bu numaralarla telefonlar EIR aracılığıyla kontrol edilirler. Cihazın GSM içinde herhangi bir şebekede kullanımı kısıtlanabilir. Örneğin bir çalıntı durumunda telefon kara listeye alınır ve bu durumda GSM içinde hiçbir şebekede herhangi bir SIM kartla kulanılmasına izin verilmez.
2.5.5 AUC Auc sorgulama için gerekli parametreleri üretir. Sabit Ki kodu ve rasgele üretilen RAND numarası kullanılarak,sistemde bulunan algoritmalar aracılığıyla SRES –Sign response ve Kc –şifreleme anahtarı üretilir. Bu üç bilgi “triplet”olarak isimlendirilir, sorgulama için VLR’a gönderilir. AUC bu işlemi her abone için ve belirli peryotlarla yada HLR’ın isteğiyle parametreleri değiştirerek tekrarlar.
2.5.6 IWF GSM şebekesi ile diğer şebekeler arasında ki data formatında adaptasyonu sağlayan donanım ve yazılımdan oluşan fonksiyonların tamamı IWF olarak isimlendirilmektedir. Bu çoğunlukla yarı bir ekipman olarak değilde MSC’nin bir birimi gibi çalışmaktadır.
2.5.7 EC Sistemde oluşan yankıyı gidermek için kullanılan bir fitre ünitesidir. GSM sisteminde iletimden kaynaklanan gecikmeler nedeniyle oluşan yankı bazen mevcut fonksiyonlar tarafından giderilememektedir. Bu durumda ayrıca bir filtre ünitesine ihtiyaç vardır. Yine özellikle PSTN ile GSM ‘de kullanılan farklı transmisyon sistemleri nedeniyle bir empedans uyuşmazlığı ve dolayısıyla yankı oluşmaktadır. Bu hissedilir bir yansımadır ve sadece yazılımla bunu gidermek pek mümkün olmamaktadır. Bu nedenle EC genellikle MSC ile PSTN santrali arasına yerleştirilir. Vodafone Türkiye 10.05.2007-v1.1 Sayfa 23
GSM’e Giriş
2.6
İşletme-Bakım Sistemi (OMS)
OMS şebekenin uzaktan yönetilebilmesini sağlayan sistemdir. Kontrol merkezleri OMC – Operation&Maintenance Centre olarak isimlendirilmektedir. BSS ve NSS tarafı ayrı ayrı kontrol edilşebildiğ gibi tüm şebekeyi gözlemleyen merkezler de organize edilmiştir. Genel olarak : : OMC-Radio birimleri BSS kontrolünün yapıldığı merkezlerdir. Bütün • OMC-R TC, BSC ve BTS’ler sistemde tanımlanmış olup,çalışma durumları ve performansları incelenmekte,arıza analizleri yapılarak software olarak belirli müdaheleler gerçekleştirilebilmektedir. • : OMC-Switch biriminde NSS ekipmanları kontrol edilmektedir. MSC, OMC-S VLR ve HLR üniteleri ile diğer yardımcı birimler bu merkezlerden kontrol edilmektedirler. • : Network Management Centre. Yapı olarak şebekede bulunan tüm NMC OMC-R ve OMC-S’lerin bağlı olduğu yani tüm şebekenin tek bir merkezden kontrolünü sağlayan birimdir. Genel olarak OMC’ler bölgesel çalışma yapan birimlerdir. Şebekenin büyüklüğüne göre birden fazla OMC grubu olabilir. OMC’ler ve NMC arasında işbölümü yapılarak şebekenin daha etkin işletimi sağlanabilir.
NMC
OMC
OMC
OMC
1. BÖLGE
2. BÖLGE 3. BÖLGE
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 24
GSM’e Giriş
Motorola BSC Kabineti Not : Transcoder’da aynı kabinet yapısında olup yalnızca bazı kartlar ve sayı olarak farklıdır.
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 25
GSM’e Giriş
Motorola BTS kabineti ve Radyo birimi (DRCU) Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 26
GSM’e Giriş
2652
Nokia IntraTalk BTS Kabineti(12 TRX kapasitesi)
Nokia Intra Talk BTS İçgörünümü
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 27
GSM’e Giriş
3.
Hava Arayüzü 3.1
Giriş
Bir GSM RF taşıyıcısı 8 MS abonesinin aynı anda görüşme yapmasını destekler. Taşıyıcı üzerindeki herbir kanal (8 kanaldan biri) sürenin 1/8’idir. Bu tekniğe Time Division Multiple Access (TDMA) denir. Süre TS denilen eşit dilimlere ayrılmıştır. TS’lar sıra ile ve 0-7 arasında numara verilerek düzenlenmiştir. Tekrarlanan herbir 8 TS’luk peryoda TDMA frame denir. Herbir telefon görüşmesi bir TS’ta taşınır. TS içinde taşınan bilgi Burst olarak isimlendirilir. MS ile BTS arasındaki bu bağlantı bilgi taşımakiçin kullanılan Fiziksel kanallardır. Bu kanallarda farklı zaman ve durumlarda farklı bilgiler taşınmaktadır. Aynı fiziksel kanalın farklı amaçlar kullanılması Lojik Kanal olarak tanımlanmıştır.
3.2
GSM Lojik Kanalları
Lojik kanallar için iki ana grup vardır: trafik kanalları ve Kontrol kanalları.
Trafik Kanalları –TCH Trafik kanalı konuşma ve veri taşır. TCH’lerin farklı tipleri aşağıda verilmiştir: Full Rate Konuşma 13kb/s normal 12.2kb/s EFR(Enhanced Full Rate) Data 9.6kb/s 4.8kb/s 2.4kb/s Half Rate Konuşma 6.5kb/s Data 4.8kb/s 2.4kb/s EFR ,normal konuşma kanalından farklı olarak daha kaliteli bir ses elde etmek için kullanılan tekniktir.
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 28
GSM’e Giriş
3.2.2
Kontrol Kanalları
CCH Control Channel
CCCH
BCCH
BCCH
FCCH
RACH
DCCH
SDCCH
SCH
AGCH
PCH
CBCH
SACCH
ACCH
FACCH
CONTROL CHANNELS
3.2.2.1
BCCH (Broadcast Control Channel) Grubu
BCCH ‘ler yalnızca downlink(BSS’ten MS’e) yönünde iletilirler. BCCH kanalları ile şebeke bilgisi, frame senkronizasyon ve taşıyıcı frekans bilgilerini taşır. Bu kanallar sürekli ve max. Güçte yayımlanır. MS bu kanalları dinleyerek bulunduğu yer , komşu bilgisi ve kullandığı frekans bilgisini edinir ve sistemle senkronizasyonu sağlar.
BCCH : BCCH BTS tarafından ve kesintisiz olarak iletilir. Her cell bir BCCH olmalıdır. BCCH ‘i ileten RF taşıyıcısı “BCCH taşıyıcı” olarak isimlendirilir. BCCH’te taşınan bilgiler MS tarafından,telefon açık olduğu sürece ve konuşma yapılmıyor iken peryodik olarak izlenir(en az her 30saniyede bir) .BCCH ile şu bilgiler taşınır: • Yer bilgisi(LAI-Location Area Identity) • Cell bilgisi • Komşu cell bilgisi • Cell’de kullanılan frekanslar PC-power control bilgisi • DTX bilgisi • • Access kontrol(konuşma kısıtlama,acil arama vb.) Vodafone Türkiye 10.05.2007-v1.1 Sayfa 29
GSM’e Giriş CBCH tanımlamaları •
FCCH- Frequency Correction Channel Bu kanal BCCH timeslot’unda belirli aralıklarla ,MS’i servis aldığı BTS’in frekansını ayırt etmesini sağlamak için iletilir. FCCH ,BCCH taşıyıcının 0.TS’unda gönderilebilir,buda ayrıca mobilin 0.TS’u tanıması için bir işarettir. SCH – Synchronization Channel SCH, mobilin TDMA frame yapısına senkronize olması ve ilgili TS’un doğru zamanlamasını bilmesini sağlayan bilgileri taşır. Bu amaçla; TDMA Frame numarası • BSIC(Base Site Identity Code) parametreleri gönderilir. • 3.2.2.2
CCCH(Common Control Channels)Grubu
Bu kanallar mobil ile BTS arasında kontrol kanallarının iletilmesinden sorumludur.
RACH – Random Access Channel Mobil tarafından şebekeye giriş için kullanılır. Mobil bir konuşma başlatmak istediğinde veya aramaya cevap verdiğinde mesaj bu kanal ile iletilir. Bu kanal yalnızca Uplink yönünde kullanılır. MSBTS PCH – Paging Channel BTS’ten mobile doğru Paging (aranma) için kullanılır. Mobil’e gelen aramaları bildirmek için kullanılan mesaj Paging olarak isimlendirilir. Bu mesajları taşıyan kanal PCH’dir. Downlink yönünde kullanılır. BTS MS AGCH – Access Granted Channel BTS tarafından alınan RACH ‘lara cevap olarak “dedicated” kontrol kanalı tahsisi(SDCCH kanalı) için iletilir. Mobil dedicated kanala, Call setup işlemini sürdürmek,paging cevabı ,Location update veya SMS(Short Message Service) için geçecektir. CBCH – Cell Broadcast Channel Bir cell içerisinde bulunan bütün mobillere mesaj iletmek için kullanılır. CBCH mesaj göndermek için “dedicated “kanal kullanır. MS’ler belirli aralıklarla BCCH ve CCCH kanallarını izlemelidir. CCCH ,taşıyıcının BCCH TS’unda iletilir.
3.2.2.3
DCCH (Dedicated Control Channel) Grubu
DCCH ,taşıyıcının BCCH’ten ayrı bir TS’udur .Bu TS’ta 8 SDCCH(Stand-alone DCCH) iletilebilir. SDCCH Call setup ,authentication, paging cevabı ,Location update veya SMS(Short Message Service) için kullanılır. SACCH – Slow Associated Control Channel Downlink yönünde power kontrol ve timing bilgisini, Uplink yönünde ise alış sinyal gücü ve link kalite raporlarını taşır. Vodafone Türkiye 10.05.2007-v1.1 Sayfa 30
GSM’e Giriş
FACCH - Fast Associated Control Channel Kullanıcı authentication ,handover(HO) ve immediate assignment mesajlarını taşımakiçin kullanılır. FACCH ,TCH burst’ünü çalar(steal) ve yerine kendi bilgilerini iletilir. Kanal Kombinasyonları ve Timeslotlar Farklı lojik kanalların kendi içinde gruplandırılmasına kanal kombinasyonları denmektedir. En yaygın 4 kanal kombinasyonu: • Full Rate TCH kombinasyonu TCH8 / FACCH + SACCH BCCH kombinasyonu BCCH + CCCH • DCCH kombinasyonu SDCCH8 +SACCH8 • • Combined kanal kombinasyonu BCCH + CCCH + SDCCH4 + SACCH4 Tanımladığımız Kanal kombinasyonları air interface’de seçilmiş TS’larda gönderilir. Bazı kombinasyonlar herhangi bir kanalda iletilebilir fakat diğerleri özel TS’larda iletilmek zorundadır. TCH BCCH DCCH Combined
Herhangi bir TS 0 ,2 ,4, 6 Herhangi bir TS 0
BCCH için öncelikle 0. TS kullanılmalıdır.(FCCH ve SCH kanalları yalnızca 0. TS’ta iletilir, diğer TS’ların BCCH yapılması durumunda CCCH kanallarının iletimi için ilave olarak kullanılır).
3.3
Mutiframe Yapı
Fiziksel kanallar,lojik olarak alt kanallara bölünerek çoğullanabilirler. Bu sayede aynı kaynaktan birden fazla farklı bilgi iletilebilir. Bu işlem bize fiziksel kaynağımızı daha etkin kullanmamızı sağlamaktadır. GSM sistemi içinde bu çoğullamalarla beraber zamanlamanın yapılabilmesi ve kontrolünü kolaylaştırmak için “multiframe” yapı tanımlanmıştır.
3.3.1
26-Frame TCH Multiframe Herbir RF taşıyıcı 8 kanala bölünerek TDMA Frame oluşturulmaktadır. Cell’de yerleştirilmiş herbir TS (TCH) şuformatı izler; 12 burst trafik, 1 burst SACH, 12 burst trafik ve 1burst Idle(boş). SACH kanalı MS-BTS link kontrol bilgilerini taşır. 26-frame süresi 120 ms.
0.577 ms
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 31
GSM’e Giriş Timeslot
7
6
5
4
3
2
1
TDMA
0
Frame
4.615 ms
TDMA 2 4
3
2
TDMA 1 1
0
7
6
5
4
3
TDMA 0 2
1
0
23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 25 24
7
6
9
5
8
4
7
3
6
5
2
4
1
0
3 2
120 ms
3.3.2
51-Frame CCH Multiframe Kontrol kanalları için farklı bir multiframe kullanılmaktadır.CCH multiframe 51 TDMA frame peryodundan oluşmaktadır. Bu yapı network gereksinimleri ve kontrol kanal tipine göre Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 32
1
0
GSM’e Giriş değişik şekillerde olmaktadır. BCCH ve SDCCH TS’ları için ayrı multiframe’ler tanımlanmıştır.
TDMA 2 4
3
2
TDMA 1 1
0
7
6
5
4
3
TDMA 0 2
1
50 49 48 47 46 45 44 43
0
7
6
5
4
3
6
5
2
1
0
4
3
2
235.365 ms
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 33
1
0
GSM’e Giriş
50
I
50
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 R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R
C
C
40
S F
40
C
C
30
S F
30
C
C
20
S F
20
C
C
10
S F
10
C
B
0
S F
0
DOWN LINK
UPLINK
BCCH/CCCH COMBINATION
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 34
GSM’e Giriş
50
I I I
I I I
A3
A7
A2
50
40
A0
30
D7
D6
D5
D7
D6
D6
D5
D5
D4
D4
D3
D3
D2
D2
D1 C
D1 C
D0
D0
I I I
I I I
A7
A3
C A4
D7
30
D6
D5 20
10
D7
C A5
20 D4
A4
A6
40 A1
A0
C D4
D3
C D3
D2
D2
D1 C
D1 C
A6
A2
D0
D0
A5
A1
0
10
0
DOWN LINK
UPLINK
DEDICATED CHANNEL COMBINATION MULTIFRAME
GSM Burst Yapısı Burst GSM’de verinin iletim formatıdır. Burst birkaç değişik elementten ibarettir. Bunlar: Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 35
GSM’e Giriş İletilecek veri(konuşma,data veya kontrol bilgileri) • Info • MS ve BTS burstleri timeslot konfigürasyonlarına göre alır ve Guard Period kodları çözerek işlem yaparlar. Zamanlama kesinlikle doğru olmalıdır. Fakat oluşabilecek hataların telafisi için müsaade edilebilecek miktar hata kadar , koruma bandı bırakılmıştır. Tam olarak TS 0.577ms uzunluğunda olmasına rağmen ,gerçek burst 0.546ms ‘dir. Bu iki bit, TCH burstlerinin FACCH tarfından çalındığını • Stealing Flags belirtmek için kullanılır. “0” iletilen bilgi TCH datası, “1” iletilen bilgi FACCH datasıdır. • Training Sequence Receiver equalizer tarafından hata tesbiti için ,BTS ile MS arasındaki fiziksel yolun transfer karakteristiğini hesaplamak için kullanılır.Bu dizideki bozulmaya göre burst’ün uğradığı toplam bozulma hesaplanarak, düzeltme için işlemler gerçekleştirilir. • Burst’ünbaşlangıç ve bitişini işaret etmek için kullanılır. Tail Bits
Normal Burst
TB
TRAINING SEQUENCE
INFO
INFO
TB
GUARD PERIOD
STEALING FLAGS
TB :Tail Bits
3.4.1 Burst Tipleri GSM air interface’de kullanılan 5 çeşit burst vardır. Bütün burstler aynı formatta olmalarına karşın TDMA framede alış TS’unun durumuna göre zamanlamaları farklıdır. Burst BTS veya MS tarafından iletilen bit’lerin sıralanmasıdır.
Normal Burst
TCH ve kontrol kanallarının aşağıda belirtilenleri dışında tümünü taşır. MS- BTS arası her iki yönde de kullanılır.
MS’in local osilatörünün frekansını düzeltmek ve BTS’e Frequency Correction Burst kilitlenmesini sağlamak için FCCH kanalını taşır.
Synchronization Burst MS’in BTS’e göre zamanlamasını senkronize etmek için SCH’i taşır. Dummy Burst
BCCH taşıyıcısının kullanılmayan TS’ları üzerinde bilgi taşınmadığı zaman kullanılır.(Downlink yönünde)
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 36
GSM’e Giriş
Access Burst
MS’in network’e girişi için kullanılır. Bu burst’ün süresi diğerlerinden daha kısadır ve Guard Period’u uzun tutulmuştur. BTS mobilinyerini kesin olarak bilmemektedir,dolayısıyla zamanlamada hata oluşmaması için koruma bandı geniş tutulmuştur.(Uplink yönünde) NORMAL BURST
TB 3
Information 57
1
Training Sequence 1 26
Information 57
TB 3
GP 8.25
TB 3
GP 8.25
STEALING FLAGS
FREQUENCY CORRECTION BURST TB 3
Fix bits
142
SYNCHRONISATION BURST
TB 3
Encoded
39
Synchronisation Sequence 64
Encoded
39
TB 3
GP 8.25
DUMMY BURST TB 3
Fix bits 57
1
Training Sequence 1 26
Fix bits
TB 3
57
GP 8.25
ACCESS BURST TB 3
Syncronisation sequence 41
3.4
Encrypted bits 36
TB 3
GP 68.25
Kanal Kodlama (Channel coding)
Radyo yolunda iletilecek Lojik kanalları transmisyon hatalarına karşı korumak amacıyla, farklı kodlama şemaları kullanılır. Burada kompleks yapıdaki kodlama şemalarından prensip olarak bahsedilecektir. Trafik kanalı(TCH), Kontrol kanalları ve data kanalı için farklı yapılar uygulanmaktadır. Yine konuşma kanalında da farklı değerlerde kodlama yapılmaktadır( Full rate, half rate, EFR) Vodafone Türkiye 10.05.2007-v1.1 Sayfa 37
GSM’e Giriş
• Konuşma Kanalı Kodlaması Konuşma bilgisi 20 ms’lik bloklara bölünerek 8 GSM burst’ünde işlenir. Bu işlem eğer burst air interface’de interference vs. nedenle kaybedilirse kayıp bilginin yeniden üretilmesi imkanını verir.
• CCCH Kodlaması Kontrol bilgilerinin 20 ms’lik bloklara ayrılarak 4 burst’te iletilmesi işlemidir.Örneğin; BCCH.
• Data Kanal Kodlaması Data bilgisi 22 burste dağıtılır. Her data biti çok öneml olduğundan böyle bir iletim yapılmaktadır. Böylece herhangi bir burst kaybında datanın çok küçük bir dilimi kaybolacak ve alıcı birimde kayıp bilgi yeniden üretilebilecektir.
3.5.1 Full Rate TCH Kodlanması Konuşma bilgisi 13 Kbit/s değerinde digitize edilmektedir. Bu değerde 20 ms’lik blokta 260 bit bulunmaktadır. Kodlamaya esas olan bilgi bloğu bu 260 bitten oluşmaktadır. Her blok içindeki bitler hatalara karşı koruma için önem derecelerine göre 3 sınıfa ayrılmaktadır. •
Class 1a
Bu sınıfta 50 bit çok önemli bitler olarak belirlenmektedir. Bu 50 bit için 3 bit parity (denklik)bitleri olarak çıkarılır. Bu bitlerdeki transmisyon hataları konuşmanın anlaşılabilirliğini yoketmektedir. Bu yüzden decoder Class1a bitleri içinde düzeltilemeyecek hataları tesbit edebilir.Eğer hata tasbit edilirse bütün blok ihmal edilir. •
Class 1b
132 bit’ten oluşan bu sınıf önemli diye nitelendirilmektedir, fakat parity kontrolü yapılmamaktadır. Class1a bitleri ile beraber, convolutioanal kodlamaya girerler. Bu iki sınıf bitlerini işaret etmek için 4 bitlik Tail bitleri eklenir. •
Class 2
Geriye kalan 78 bit korunmaksızın taşınırlar. Kodlama sonrasında blok(260 bit) 456 bite çıkmaktadır. Bu sayı 22.8Kbit/s iletim değerine eşdeğerdir. Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 38
GSM’e Giriş Eğer Full Rate yerine EFR (Enhanced Full Rate) kullanılıyorsa, 12.2 Kbit/s değerinde 20 ms blokta 244 bit bulunmaktadır. Bu 244 bit kodlama öncesinde bir çeşit ön kodlama ile 260 bite çıkarılmaktadır. Daha sonra Full Rate kodlama işlemleri uygulanır. Kodlama ile birlikte hata tesbit ve düzeltilmesi amacıyla ekstra bitler eklenmektedir. Bu işlem sayesinde dolaylı olarak bir şifreleme gerçekleştiriliyor olmakla beraber, GSM sistemi ayrıca bir şifreleme yapmaktadır. Kodlama ile data kayıplarının %12.5 ‘i yeniden elde edilebilir.
CLASS 1a 50
CLASS 2
CLASS 1b 132
Parity check bits
78
260 Bits
Tail bits
50
3
132
4
78
CONVOLUTIONAL CODING
378
78
456 Bits
SPEECH CHANNEL CODING
3.5.2 Enhanced Full Rate TCH Kodlaması
EFR’da 20 ms’de 244 bit bulunmaktadır. Bir ön kodlama ile 16 bit eklenerek EFR bloğu 260 bite çıkarılmaktadır. Bu 16 bitin 8 biti ,50 -class1a ve çok önemli 15 class1b bitinden çıkarılan CRC bitleridir. Diğer 8 bit ise seçilen 4 bitin tekrarıdır.
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 39
GSM’e Giriş
EFR Speech Frame 50 Class 1a + 124 Class 1b + 70 Class 2 = 244 bit
Ön Kodlama 50 Class 1a + 15 Class 1b’den 8 bit CRC üretilir ve Class 1b bitlerine eklenir 8 tekrar biti Class 2 bitlerine eklenir. 50 Class 1a + 132 Class 1b + 78 Class 2 = 260 bit EFR frame ‘in 260 biti için Full Rate’e uygulanan kodlama işlemi yapılır.
CLASS 1a 50
CLASS 1b 124
132
CLASS 1a
244 Bits
70
8 bits CRC added to class 1b
50
CLASS 2
8 repetition bits added to class 2 bits
78
CLASS 1b
260 Bits
CLASS 2
Preliminary Coding for Enhanced Full Rate Speech
3.5.3 Kontrol Kanalı Kodlaması Bu kodlama şeması , lojik sinyalleşme kanallarının tümü için kullanılmaktadır. BTS tarafından alınan kontrol bilgisi 184 bitten oluşmaktadır( 23 byte). Bu bitler ilk olarak Fire Code diye bilinen kodlama ile korunurlar. Burst’teki hata tesbiti ve düzeltme için kullanılan 40 parity bitidir. Buna ilave olarak 4 tail biti eklenir ve convolutional kodlama yapılır. Kodlama prosesinin çıkışı 456 bittir.
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 40
GSM’e Giriş
184 Bits
184 Bits FIRE CODE
Tail bits
Parity check bit
184 Bits
40
4
CONVOLUTIONAL CODIN
456 Bits
456 Bits
Control Channel Encoding
3.5.4
Data Kanal Kodlaması
Örnek olarak 9.6 kbit/s data kanalı ele alınmıştır. Diğer data kanalları biraz değişik olmakla beraber prensipte aynıdır. Data kanallarında yalnızca “convolutional” kodlama kullanılır. 9.6 kbit/s data için bazı kodlanmış bilgilerin belirlenip ayrıştırılması gerekmektedir. Konuşma kanalları gibi kontrol kanallarıda 20 ms blokta 456 bittir. NOT: data trafik kanalı gerçek transmisyon değerinden daha yüksek bir değerdedir. 9.6 kbit/s değeri datanın kendi değeridir ve GSM iletimi için kontrol bitleri ile adaptasyon gereklidir. Bununla 12 kbit/s olarak işlenir. 20 ms blokta 240 bit vardır.
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 41
GSM’e Giriş
240 Bits
240 Bits Tail bits
4
240 Bits CONVOLUTIONAL CODING
488 Bits
488 Bits
PUNCTUATE
456 Bits
456 Bits
DATA CHANNEL ENCODING (for data bit rate : 9.6 Kbps)
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 42
GSM’e Giriş
3.6
Interleaving
Kodlanmış logic kanallar, burstlerde yerleştirilerek TDMA frame yapısında iletilir. Bu aşamada iletim kayıp risklerini azaltmak ekstra güvenlik sağlamak amacıyla, bloklar ve bitler karıştırılarak gönderilirler(Interleaving). Lojik kanallarda interleaving’in şu tipleri kullanılır: • • •
Konuşma - 8 blok Kontrol - 4 blok Data - 22 blok
Diagonal Interleaving Diagonal Interleaving Rectangular Interleaving
Radyo yolunda interference,fiziksel kesinti, gürültü vs. nedenlerle iletilen burstlerde kayıplar sözkonusu olabilir. Kullanılan hata önleme sistemleri ile kayıların belirli bir kısmı tekrar elde edilebilir. Bu oran %12.5 değerindedir. Burst yapısında(Normal burst; TCH ve kontrol kanalları için ) 114 bit bilgi iletilmektedir. Kodlama sonrasında elde edilen 456 bit ancak 4 burstle iletilebilir. İletim sırasında radyo yolunda bir burst kaybı sözkonusu olursa, kayıp bilgi oranı %25 olacaktır. Bu orandaki kayıp yeniden elde edilemez,dolayısıyla tüm blok ihmal edilecek ve konuşmada bilgi kaybı sözkonusu olacaktır. Bu riski azaltmak için Örneğin konuşma bilgisi 4 burst yerine ,karışık düzende 8 burste yayılarak iletilir. Bu durumda ,bir burst kaybında bilgi kayıp oranı %12.5 seviyesinde olacaktır. Bu değerde yeniden elde edilebilir.
3.6.1
Diagonal Interleaving - Konuşma
Şekilde Full Rate konuşma kanalına uygulanan Interleaving’in basit prensip yapısı verilmiştir. Interleaving’te bir burst içinde karışık gönderilen iki farklı blok bilgisi aynı abonenin konuşmasına aittir. Bir burstte yalnızca bir konuşma bilgisi iletilmektedir. Her bir konuşma bloğu 456 bit içerir, bu blok 8 eşit parçaya ayrılır(her parça 57 bit). Bloklar tek ve çift diye numaralandırılır. İlk 4 blok, ilk 4 burstün çift numaralı bit yerine yerleştirilir. Son 4 blokta, sonraki 4 burstün tek numaralı yerlerine yerleştirilir. Burstün yarısında bir bloğa diğer yarısında başka bir bloğa ait bitler taşınır.
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 43
GSM’e Giriş 20 ms Speech Blo
20 ms Speech Blo
20 ms Speech Blo
456 B its
456 Bits
456 Bits 0123456701234567…01234
8X57 … ..
8X57 even o dd e v e no dd e ven od d e venod d 0
1
2
3
4
5
6
7
0
1
2
3
8X57
4
5
6
7
507 1
2
4
3
5
6
757
57 bit block
Bursts 0
2
1
3
4
5
7
6
D I AG O N A L I N T E R L E A V I N G - S P E
3.6.2
Diagonal Interleaving - Data
456 Bits data block
4 blocks each devided into 6( bits) X 19 sub blocks
114
114
114 bits
114 bits
114
114
114 bits
114 bits
first 6 bits last 6 bits
6 bit block distribution
last 6 bits last 6 bits
last 6 bits
Bursts 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
DIAGONAL INTERLEAVING DAT
3.6.3
Rectengular Interleaving – Kontrol Kanalı
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 44
GSM’e Giriş
456 Bits Control channel Blocks
012301230123 . . . . . . 0123
114(bits) X 4 Sub Blocks
even
odd
even
odd
Bursts
RECTANGULAR INTERLEAVING - CONTROL CHANNELS
3.7
GSM’de Konuşma Prosesi
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 45
GSM’e Giriş
33.8 Kbps Um-Interface GMSK Modulation/ Demodulation
GMSK Modulation/ Demodulation
33.8 Kbps
33.8 Kbps
TDMA Burst formating/ Deformating
TDMA Burst formating/ Deformating
22.8 Kbps
22.8 Kbps Ciphering/ Deciphering
Ciphering/ Deciphering 22.8 Kbps
22.8 Kbps
Interleaving/ Deinterleaving
Interleaving/ Deinterleaving
22.8 Kbps
MS
22.8 Kbps
Channel coding/ Decoding
Channel coding/ Decoding 13 Kbps
13 Kbps Sourse coding/ Decoding
BTS
16 (13+3) Kbps
TRAU bit Processin
16 (13+3) Kbps
64 Kbps
Sourse coding/ Decoding
Digitising
TRAU
64 Kbps Speech
MSC
MSC
Speech Processing in GSM Netwo
4.
GSM İşletme Prensipler
4.1
Mobility
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 46
GSM’e Giriş Mobility, abone cell’ler arasında hareket ederken konuşmaya devam etmesi ve çağrı alabilmesidir. Konuşma yapma ve alma için mobil kendisine gelen aramaları(Paging mesajları) öğrenmek için hangi kontrol kanalını izleyeceğini ve konuşma yapması için de şebekeye girişi hangi kontrol kanalı ile gerçekleştirileceğini bilmek zorundadır.Bu bilgileri almak için mobil BCCHdenilen kontrol kanalını dinler. Bu kanal her cell için yayınlanır . Mobil telefon açıldığında SIM kartta kayıtlı şebeke bilgileri doğrultusunda muhtemel bütün frekansları tarar ve şebekeye ait en güçlü sinyali tesbit ederek BCCH bilgilerini almak üzere bu sinyale bağlanır. Eğer seçilen frekansta BCCH kanalı yoksa sonraki en güçlü sinyal olmak üzere BCCH kanalını bulana dek taramaya devam eder. BCCH taşıyıcısı şu bilgileri içerir: • • • • •
Baz istasyonu bilgisi (BSIC ) Yer bilgisi (LAI) Komşu cell’ler Frekans ve senkronizasyon bilgisi Paging bilgileri Mobil bir kez servis aldığı cell’in BCCH bilgilerini okursa ,o cell kapsaması içinde bulunduğu sürece arama yapabilir ve çağrı alabilir. Bütün işlemleri bulunduğu cell’e servis veren BTS tarafından gerçekleştirilir.
4.1.1 Timing Advance GSM standartlarına göre BSS ve MS zamanlaması arasında 3 TS(TDMA) fark öngörülmüştür. Bu süre MS’e alış ve veriş frekans ayarı gerçekleştirebilmesi için gerekli zamanı vermektedir. Mobil’de tek bir RF ekipmanı bulunmkatadır. Alış ve veriş işlemleri aynı ekipman tarafından yapılmaktadır. TDMA sisteminde alış ve veriş reel zamanda yapıldığı için senkronizasyon çok önemlidir. Mobilin BTS’e olan mesafesi nedeniyle iletim belirli bir zaman alacaktır. Bu süre BTS’e olan mesafeye göre değişmektedir ve hesaplanarak senkronizasyon için dikkate alınmalıdır. GSM’de “Timing advance(TA)” tanımlaması ile mobil BTS’ten uzaklaştıkça oluşacak gecikme hesaplanarak kompanze edilmektedir. Mobil timing advance süresi kadar erken iletim yapmaktadır. TA değeri BTS tarafından hesaplanmakta ve saniyede 2 kez Mobile gönderilmektedir. Maksimum TA değeri yaklaşık 233micro-saniyedir. Bu süre cell yarıçapını yaklaşık 35 km ile sınırlar.
Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 47
GSM’e Giriş
t t 0
1
2
3
4 5
6
7
Timing Advance 3T Offset BTS
MS
Timing Advance
4.1.2 Power Kontrol Mobilin BTS’e olan mesafesine göre iletim için gerekli güçte değişiklik göstermektedir. BTS’e yakın olan bir mobilin max. güçte yayın yapmasına gerek yoktur.Mobil güç seviyeleri cell sınırlarında iletim yapmayı sağlayabilecek değerdedir. BTS’e olan uzaklığa ve sinyalin kalite seviyesine göre değerlendirilerek mobil için en uygun güç seviyesi belirlenir ve BTS’te bu seviyede iletim yapar. Böylece sürekli max. güçte yayın yapmak yerine daha düşük güçte yapılacak iletimle iki temel kazanç elde edilmektedir. • Mobil telefon bataryası kullanımsüresi uzar • Şebekede Interference etkisini azaltır. Uplink ve downlinkte ayrı ayrı uygulanır. Uplink power kontrolü(mobil) zorunlu olup, downlinkte uygulanması şebeke tercihidir. TS bazında power kontrol gerçekleştirilir. MS ve BTS’in kontrolünü BSS(Motorola sistemlerde BTS) yapar. BTS’te alınan MS sinyalseviyesi ve MS’te alınan BTS sinyal seviyesi raporlanarak kontrol birimince değerlendirilir ve buna göre hem BTS hem de MS gücü ayarlanır.
4.1.3 Voice Activity Detection (VAD) Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 48
GSM’e Giriş VAD, transmit ekipmanına işlem yapılmasına esas teşkiledecek konuşma olup olmadığını tesbit için kullanılır. Mobil abonenin konuşma yapmadığı anlarda(sessizlik anlarında) sistem tarafından bir sinyal üretilerek karşı aboneye gönderilir. Böylece konuşulan telefon abonesinin sessizlil nedeniyle, hattın kesildiğini düşünmesi engellenmiş olur. Bu peryotta VAD tarafından 13 kbit/s konuşma değeri yerine 500 kbit/s değerinde sinyal üretilir.
4.1.4 Discontinuous Transmission (DTX) DTX şebekede interference etkisini azaltmakta kullanılan önemli bir işlemdir. VAD ile tesbit edilen sessizlik anlarında gereksiz datanın Mobil tarafından iletilmemesini sağlar. DTX cell için aktif edilir ve her konuşma için ayrı ayrı uygulanır. Aynı zamanda düşük seviyede iletimle mobil batarya ömrüde korunmuş olur. DTX , SACCH multiframe göre kuruludur(480 ms). Bu süre boyunca toplam frame(TS bazlı) sayısı 104 olmasına rağmen, 4 SACCH frame ve 8 adet SID(silence descriptor) frame’ler iletilir.
4.1.5 Discontinuous Reception (DRX) DRX mobile alış yapmadığı durumlarda(konuşma yokken,IDLE durumda), sürekli şebekeyi izlemek yerine sadece gerekli anlarda aktif olmasını ve böylece batarya ömrünü uzatmayı sağlar. Mobil şebeke hakkında gerekli bilgileri, Broadcast Control Channel (BCCH), Frequency Correction Control Channel (FCCH) and the Synchronisation Control Channel (SCCH) ile alır ve şebekeyle senkron olur. BCCH’e kilitlenerek gelecek mesajları almak için hazır bekler. BCCH’le taşınan bilgilerle mobilin hangi anlarda mesajlarını alabileceği ve tekrarlanma sıklığı belirlenir. Mobil paging mesajlarını kendisi için belirlenmiş “paging gruplarda” alabilecektir. Bu sayede bu anlar dışında kalan sürelerde şebekeyi izlemesine gerek olmamaktadır. Bu süre zarfında mobil beklemeye geçer ve enerji sarfiyatı minumum düzeydedir.
4.2
Konuşma Kurulması
Konuşma için 2 tanımlama söz konusudur: 1- MOC (Mobile Originating Call) : Mobil telefondan başlatılan aramalar için ifade edilir. 2- MTC (Mobile Terminated Call) : Başka telefon kullanıcısından mobil abonenin aranmasıdır.
4.2.1 MOC 1. Abone aramak istediği numarayı girer ve “ Gönderme “ tuşuna basar 2. MS, BTS’e şebekeye giriş için bir mesaj gönderir (Access) 3. BTS boş bir kanalı olup olmadığını kontrol eder ve mobile “ Access Grant” mesajını gönderir 4. BTS ve MS arasında abonelik sorgulama işlemleri için bilgiler iletilir. 5. MSC abonenin konuşmak istediği numaraya ilişkin bağlantı yolunu hazırlar ve aboneye bir trafik kanalı tahsis eder (TCH) 6. Bütün bağlantıların hazır olduğuna dair mesajların alınmasını takiben her iki aboneye de arama uyarı tonu iletilir. Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 49
GSM’e Giriş 7. Aranan abonenin telefonu cevaplamasıyla, ücretlendirme başlatılır 8. Konuşmanın sonlanmasıyla ücretlendirme kontürü durur ve tahsis edilen kanallar boşaltılarak başka bir abonenin kullanımı için hazırlanır . 2-Giriş isteği (Access request)
BTS MS 3- Giriş onayı(Access grant) 4- ”Call setup”
BSC
Air interface’de TCH tahsisi
5-TCH tahsisi, PSTN’e bağlantı
MSC VLR
HLR PSTN
4.2.2 MTC PSTN abonesinin mobil telefonu araması durumunda: Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 50
GSM’e Giriş 1. 2. 3. 4. 5. 6.
4.3
PSTN abonesinin mobil telefonu numarasını çevirir PSTN santrali numarayı GMSC’ye iletir (Gateway MSC) GMSC, HLR/VLR ile irtibat kurarak,abonenin bulunduğu yeri tesbit eder GMSC, abonenin bulunduğu MSC’ye bağlantıyı kurar ve aboneye çağrı olduğu bilgisini iletir. MSC abonenin bulunduğu Location Area’ya (Bu bölgede bulunan tüm cell’lere) mobil aboneye çağrı olduğunu bildirir (Paging mesajı) MS çağrı listesinde kendi numarasını görünce ,çağrıyı cevaplar ve bağlantı kurulur
Handover
Mobil abonenin konuşmasını kesintisiz devam ettirebilmesi için, servis aldığı cell’in kapsaması dışına çıkmadan daha iyi sinyal alabildiği diğer bir cell’e geçmesi gerekir. Abonenin konuşma devam ederken gerçekleştirdiği bu cell değişikliği işlemine “Handover” denir(HO). Handover’ın oluş şekline göre 2 temel durumu söz konusudur: 1. Intra-BSC 2. Inter-BSC 2.1.1 Inter-BSC, Intra-MSC 2.1.2 Inter-BSC, Inter-MSC
3.2.3
Intra-BSC Handover Geçiş yapılacak cell servis alınan istasyonla aynı BSC’ye bağlı ise ,bu tür HO BSC tarafından kontrol edilir. HO’un temel aşamaları : 1. Servis alınan istasyonda MS bulunduğu noktada aldıpı GSM sinyallerini analiz ederek ölçüm sonuçlarını BTS’e bildirir. (BTS-a) 2. BTS-a bu raporu değerlendirerek,HO gerekliliğini belirler ve durumu BSC’ye iletir 3. BSC, BTS-b’ye bir mobil girişi için hazır olmasını bildirir 4. BSC, BTS-a’ya Mobil telefonun ayarlaması için gerekli olan yeni frekansları bildirir 5. BTS-a ,MS’e yeni frekansları bildirir 6. MS yeni frekanslara geçiş yaparak BTS-b’den konuşur 7. BTS-b, BSC’ye handover’un başarıyla gerçekleştirildiğini raporlar 8. BSC, BTS-a’ya MS’in kullanmış olduğu RF kanalını boşaltmasını söyler.
4 1
5
Vodafone Türkiye
8 10.05.2007-v1.1
Sayfa 51
GSM’e Giriş BTS-A
2
BSC
7
BTS-B
6 3
Intra-BSC Handover
4.3.2 Inter-BSC Handover Geçiş yapılacak cell,servis istasyonunun bağlı olduğu BSC’den başka bir BSC altında ise,bu durumda HO MSC tarafından kontrol edilir. 1. Servis alınan istasyonda MS bulunduğu noktada aldıpı GSM sinyallerini analiz ederek ölçüm sonuçlarını BTS’e bildirir. (BTS-a) 2. BTS-a ; bu raporu BSC-a ‘ya iletir Vodafone Türkiye
10.05.2007-v1.1
Sayfa 52
