GSM - telematica.polito.it · Effettua l’interleaving. Base Tranceiver Station -BTS Effettua...
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GSMGSMGSMGSMGSMGSMGSMGSM
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GSMGSM
Commutazione a circuito
Trasmissione dati fino a 9.6 Kbit/s
Telefonia sia full rate (13 kbit/s), Telefonia sia full rate (13 kbit/s),
sia half rate (6.5 kbit/s)
Messaggi brevi (SMS)
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Architettura del GSMArchitettura del GSM
PLMN
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il terminale di propriet dellutente
il terminale di propriet dellutente
Terminale Mobile (Mobile Station MS)Terminale Mobile (Mobile Station MS)
Si occupa della codifica vocaleSi occupa della codifica vocale
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Modulo di IdentificazioneUtente (Subscriber Identity Module SIM)
Modulo di IdentificazioneUtente (Subscriber Identity Module SIM)
++ ==
MTMT SIMSIM
++ ==
MS(Mobile Station)
MS(Mobile Station)
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Architettura del GSMArchitettura del GSM
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Base Station (BS)
Base Tranceiver Station (BTS) Interfaccia fisica che si occupa della
Stazione Radio BaseStazione Radio Base
Interfaccia fisica che si occupa della rice-trasmissione
Base Station Controller (BSC)Controllo delle risorse
sullinterfaccia radio
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Architettura del GSMArchitettura del GSM
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Stazione Radio BaseStazione Radio Base
Base Tranceiver Station - BTSBase Tranceiver Station - BTS
Ciascuna BTS pu avere da 1 a 16 interfacce radio, corrispondenti a Ciascuna BTS pu avere da 1 a 16 interfacce radio, corrispondenti a interfacce radio, corrispondenti a
canali diversi in FDMinterfacce radio, corrispondenti a
canali diversi in FDM
Ciascuna interfaccia radio corrisponde a 8 canali TDM Ciascuna interfaccia radio corrisponde a 8 canali TDM
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Stazione Radio BaseStazione Radio Base
Base Tranceiver Station - BTSBase Tranceiver Station - BTS
Effettua la codifica di canale (Channel Coding Unit CCU) e la cifratura
Effettua la codifica di canale (Channel Coding Unit CCU) e la cifratura
Modula / demodula i segnaliModula / demodula i segnali
Realizza il frequency hoppingRealizza il frequency hopping
Effettua linterleavingEffettua linterleaving
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Base Tranceiver Station - BTSBase Tranceiver Station - BTS
Effettua misura di qualit dei canali Effettua misura di qualit dei canali
Stazione Radio BaseStazione Radio Base
Effettua misura di qualit dei canali uplink e riceve da MT le misure
relative al downlink, le invia al BSC che decide il controllo di potenza e
lhandover
Effettua misura di qualit dei canali uplink e riceve da MT le misure
relative al downlink, le invia al BSC che decide il controllo di potenza e
lhandover
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Base Tranceiver Station - BTSBase Tranceiver Station - BTS
Implementa i protocolli di livello Implementa i protocolli di livello
Stazione Radio BaseStazione Radio Base
Implementa i protocolli di livello fisico sullinterfaccia radio (Um) per il corretto scambio di informazioni
tra MT e BTS
Implementa i protocolli di livello fisico sullinterfaccia radio (Um) per il corretto scambio di informazioni
tra MT e BTS
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Base Tranceiver Station - BTSBase Tranceiver Station - BTS
un apparato di livellofisico e non ha praticamente alcuna
un apparato di livellofisico e non ha praticamente alcuna
Stazione Radio BaseStazione Radio Base
fisico e non ha praticamente alcuna intelligenza: nel GSM anche
la valutazione e la decisione sugli handover da effettuare demandata ad altre entit
(MT, BSC e MSC)
fisico e non ha praticamente alcuna intelligenza: nel GSM anche
la valutazione e la decisione sugli handover da effettuare demandata ad altre entit
(MT, BSC e MSC)
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Architettura del GSMArchitettura del GSM
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Base Station (BS)
Base Tranceiver Station (BTS) Interfaccia fisica che si occupa della
Stazione Radio BaseStazione Radio Base
Interfaccia fisica che si occupa della rice-trasmissione
Base Station Controller (BSC)Controllo delle risorse
sullinterfaccia radio
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Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)
Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)
I compiti principali del BSC sono:I compiti principali del BSC sono:
Transcodifica della voceGSM PCM
Transcodifica della voceGSM PCM
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Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)
Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)
I compiti principali del BSC sono:I compiti principali del BSC sono:
Analisi delle misure di qualit del segnale sulla tratta radioAnalisi delle misure di qualit del segnale sulla tratta radio
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Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)
Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)
I compiti principali del BSC sono:I compiti principali del BSC sono:
Controllo delle risorse radio: gestione delle frequenze,
che possono essere assegnate in modo dinamico alle varie
BTS
Controllo delle risorse radio: gestione delle frequenze,
che possono essere assegnate in modo dinamico alle varie
BTS
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Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)
Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)
I compiti principali del BSC sono:I compiti principali del BSC sono:
Gestione del pagingGestione del paging
Manutenzione del BSSManutenzione del BSS
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Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)
Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)
I compiti principali del BSC sono:I compiti principali del BSC sono:
La concentrazione del traffico verso un MSC e
lo smistamento del traffico verso le BTS
La concentrazione del traffico verso un MSC e
lo smistamento del traffico verso le BTS
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Architettura del GSMArchitettura del GSM
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Network and Switching Sub-system (NSS)Network and Switching Sub-system (NSS)
Noto anche come Switching and Management Sub-system (SMSS), svolge funzioni (SMSS), svolge funzioni fondamentali
Gestione della mobilit
Controllo delle chiamate
Supporto ai servizi forniti
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Network and Switching Sub-system (NSS)Network and Switching Sub-system (NSS)
AuC
UmHLR VLR
EIR
NSS
BSS
A
Um
TM
(G)MSC
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Mobile Switching Center (MSC): la centrale di commutazione
Network and Switching Sub-system (NSS)Network and Switching Sub-system (NSS)
la centrale di commutazione che gestisce i servizi mobili
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Home Location Register (HLR): il data base con
Network and Switching Sub-system (NSS)Network and Switching Sub-system (NSS)
il data base con
I dati permanenti degli utenti
I dati dinamici per gestire la mobilit (es. identificativo del VLR)
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Visitor Location Register (VLR): il data base con
Network and Switching Sub-system (NSS)Network and Switching Sub-system (NSS)
(VLR): il data base con
Le informazioni relative ai MT attualmente presso larea di competenza del MSC
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Equipment Identity Register (EIR): il data base degli
Network and Switching Sub-system (NSS)Network and Switching Sub-system (NSS)
(EIR): il data base degli apparati rubati o difettosi
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Authentication Center (AuC): genera chiavi di cifratura
Network and Switching Sub-system (NSS)Network and Switching Sub-system (NSS)
genera chiavi di cifratura
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Centro di Commutazionedei Servizi Mobili (Gateway Mobile Switching Center-GMSC)
Centro di Commutazionedei Servizi Mobili (Gateway Mobile Switching Center-GMSC)
Un caso particolare di MSC il GMSC (Gateway-MSC),
Un caso particolare di MSC il GMSC (Gateway-MSC), il GMSC (Gateway-MSC), che linterfaccia tra la rete GSM e le reti fisse (PSTN) e/o altre reti GSM (PLMN)
il GMSC (Gateway-MSC), che linterfaccia tra la rete GSM e le reti fisse (PSTN) e/o altre reti GSM (PLMN)
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Il VLR crea il TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) che Il VLR crea il TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) che
Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR)
Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR)
Mobile Subscriber Identity) che usato invece dellIMSI per non trasmettere regolarmente lIMSI via radio (protezione da intrusioni) e lo memorizza
Il VLR invia il TMSI in modo cifrato al TM che lo memorizza nella SIM
Mobile Subscriber Identity) che usato invece dellIMSI per non trasmettere regolarmente lIMSI via radio (protezione da intrusioni) e lo memorizza
Il VLR invia il TMSI in modo cifrato al TM che lo memorizza nella SIM
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Il TMSI viene modificato frequentemente ed legatoanche alla posizione del mobile
Il TMSI viene modificato frequentemente ed legatoanche alla posizione del mobile
Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR)
Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR)
anche alla posizione del mobile (LAI)anche alla posizione del mobile (LAI)
Il VLR memorizza anche il LAI e informazioni che servono per linstradamento delle chiamate verso il TM (MSRN)
Il VLR memorizza anche il LAI e informazioni che servono per linstradamento delle chiamate verso il TM (MSRN)
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Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR)
Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR)
Nel VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o
Nel VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o
Nel VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o spento (detached)
Nel VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o spento (detached)
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Procedure di sicurezza
Le procedure di sicurezza hanno 2 obiettivi:
Autenticazione: proteggere da Autenticazione: proteggere da tentativi di utilizzo fraudolento della rete da parte di persone non autorizzate
Cifratura: proteggere da tentativi di accesso non autorizzato ai dati da parte di utenti regolari
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Architettura del GSM
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Operation and Maintenance Sub-system (OMSS)
Gestione dei guasti
la sede di tutte le operazionidi gestione della rete
Gestione della manutenzione
Configurazione degli elementi di rete (configura le singole BTS tramite le BSC)
Controllo delle prestazionidegli elementi di rete
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Gestione della sicurezza del sistema
la sede di tutte le operazionidi gestione della rete
Operation and Maintenance Sub-system (OMSS)
Raccolta dei dati relativialla tariffazione
Gestione della ripartizione della tariffazione tra gestori diversiper chiamate inter-gestore
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IMSI: identifica lutente
MSISDN: il numero di telefono
TMSI: lidentificativo temporaneo usato al posto dellIMSI sulla tratta
Riepilogo
TMSI: lidentificativo temporaneo usato al posto dellIMSI sulla tratta radio
MSRN: il numero usato dal GMSC per instradare una chiamata, memorizzato nellHLR
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Identificativo del VLR presso cui sono memorizzati i dati. Il MSRN permette di identificare
LAI: identifica la Location Area su cui lutente
Riepilogo
MSRN permette di identificare lMSC/VLR dinteresse
Identificativo del HLR presso cui lutente registrato. Il MSISDN permette di individuare lHLR
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Dati generali
Definizione di interfacce standard (non proprietarie) tra elementi della rete
Distanza tra portanti 200 KHz
Codifica a 13 kb/s (full rate)o 6.5 kb/s (half rate)
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Modulazione GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)
Dati generali
Uso di controllo di potenza
Uso dellinterleaving
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Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali
GSM usa una tecnica di accesso mista a divisione di tempo e frequenza (FDMA/TDMA)
La porzione di spettro disponibile suddivisa in canali FDM di 200 kHz luno
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Ciascun canale FDM ulteriormente suddiviso in 8
Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali
Ciascun canale FDM ulteriormente suddiviso in 8 canali con tecnica TDM
La trama TDM quindi composta da 8 slot
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Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali
La trasmissione organizzatain burst Ogni TM trasmette un blocco di dati
in un intervallo temporale (1 canale
La velocit di cifra al trasmettitore di circa 271 kbit/s
in un intervallo temporale (1 canale TDM) e tace durante gli altri 7
intervalli dedicati agli altri canali
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FDM/TDM
Frequenza + time slot = canale fisico
frequenza
Ciascun time slot porta un burst di trasmissione
0.577 (15/26) ms156.25 bit
4.615 ms
00776655443311...... 22 11 ......6655443322
00776655443311...... 22 11 ......6655443322
00776655443311...... 22 11 ......6655443322
tempo
n+1
n
n-1
200 kHz
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Struttura della trama GSM
La trasmissione bidirezionale in GSM ottenuta mediante separazione sia in frequenza separazione sia in frequenza sia in tempo; in questo modo
serve una sola interfaccia radio!
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Le trame sui canali uplinke downlink sono sincronizzate (su
base slot) e sfasate di 3 slot, in modo da consentire la separazione
tra trasmissione e ricezione
Struttura della trama GSM
tra trasmissione e ricezione
3107654310765 2 2
0765431076543 22
BTSTransmits
MS Transmits
TDM Frame
4.615 ms
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La BTS ordina al terminaledi anticipare la trasmissione
Avanzamento temporale (timing advance)
di anticipare la trasmissione di una quantit di tempo che compensa il ritardo
di propagazione
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Avanzamento temporale (timing advance)
BTS tx
TM rx
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2
Tr
TM txSenza TM tx
BTS rx
SenzaTA
TM tx
BTS rx
TaConTA
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Spegnimento e accensione del trasmettitore RF pongono notevoli
problemi di ramping, cio di
Tecnica di Accessoe Struttura dei Canali
problemi di ramping, cio di transitorio per portare
lamplificatore a regime prima di cominciare la modulazione dei dati
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Ramp-up e inviluppo
+4dB
+1dB
-6dB-1dB
tempo
148 bit
549 s
-6dB
-30dB
-70dB
28 s 28 s
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In GSM previsto di poter trasmettere messaggi consecutivi della stessa comunicazione su frequenze diverse
Frequency hopping
FH serve a ridurre gli effetti del fading da percorsi multipli: si guadagnano circa 2 dB
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Il FH usato in GSM lento perch il cambio di frequenza avviene con cadenza di trama (8 slot=4.615 ms) e non di pochi bit come in altri sistemi
Frequency hopping
sistemi
TM deve essere in grado di re-sintonizzare Tx ed Rx in circa 1 ms
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Frequency hopping
f1 7 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 20 1 2
7 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 20 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 20 1 2 f2
7 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 20 1 2 f3