Curso GSM - RadioMobili_I_I2205
260
FACOLTÀ DI INGEGNERIA LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA INFORMATICA ANNO ACCADEMICO 2005-2006 Corso di SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONE --- PROF. ALESSANDRO NERI Dipartimento di Elettronica Applicata Via della vasca navale, 84, Roma e-mail: [email protected]
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FACOLTÀ DI INGEGNERIA
LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA INFORMATICA
ANNO ACCADEMICO 2005-2006
Corso di
SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONE
---PROF. ALESSANDRO NERI
Dipartimento di Elettronica Applicata
Via della vasca navale, 84, Roma
e-mail: [email protected]
WEB: http://comlab.uniroma3.it/
CONTENUTI
o I sistemi 2G
Servizi a commutazione di circuito in GSM
o I sistemi di generazione 2,5
Servizi a commutazione di pacchetto in GSM (GPRS)
o UMTS
o Oltre la terza generazione
Architetture interamente basate su IP
Software Defined Radio
configurazioni d’antenna non convenzionali
tecniche MIMO (Multi Input Multi Output) di elaborazione numerica spazio-temporale
nuovi schemi di modulazione (Ultra Wide Band)
INTRODUZIONE
Obiettivi primari dei nuovi sistemi:
o fornire, a costi contenuti, un supporto totale alla mobilità, garantendo l’accesso a Internet
con ritmi e qualità comparabili con quelli dei collegamenti ADSL ed estendendo i tradizionali
servizi di fonia nel contesto delle comunicazioni multimediali, consentendo la migrazione
(con piccole interruzioni nelle comunicazioni) tra
reti private sia fisse che radio,
pico/micro reti cellulari pubbliche,
reti cellulari pubbliche caratterizzate da celle di media/grande estensione
rete satellitare,
o sviluppo di un ambiente residente virtuale (virtual home environment - VHE) che permetta
all’utente di personalizzare i servizi sottoscritti e le interfacce grafiche utilizzate per
accedervi, mantenendo le personalizzazioni indipendentemente dalla rete d’accesso e dal
contesto tecnologico in cui è inserito.
I SERVIZI 3G (FONTE: UMTS FORUM REPORT 13)
Servizio CaratteristicheServizi di fonia di base e arricchiti
Servizio 3G in tempo reale a due vie. Servizi di fonia di base comprendono i servizi tradizionali 2G. I servizi arricchiti comprendono funzionalità non convenzionali come voce su IP, accesso alla rete attivato verbalmente, conversazioni telefoniche originate da WEB, videofonia mobile, servizi di telefonia e di videofonia arricchiti con lo scambio di documenti multimediali.
Servizi basati sulla localizzazione
Servizi 3G che consentono di trovare persone, veicoli, risorse, servizi e macchine in base alla loro localizzazione e di fornire la propria posizione ad altri utenti del sistema.
Accesso ad Internet
Servizi di accesso ad Internet con ritmi e qualità comparabili a quelli della rete fissa.
MMS Servizi di messaggistica istantanea ma non in tempo reale per lo scambio di documenti multimediali. Include servizi di telemetria da macchina a macchina.
Infotainement personalizzato
I servizi di infotainement consentono l’accesso con modalità indipendenti dal terminale a contenuti personalizzati tramite meccanismi di accesso strutturati basati su portali mobili.
Accesso a Intranet/Extranet
Servizi 3G per l’accesso sicuro a reti locali e geografiche private.
GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS
R
Il GSM, con oltre 800 milioni di utenti distribuiti su più di 500 reti operanti su circa 200 stati è il
sistema radiomobile più diffuso a livello mondiale.
Lo standard GSM (Global System for Mobile Communications) nasce negli anni ‘80 con lo scopo
di definire e sviluppare un sistema radiomobile cellulare paneuropeo, comune a tutti i paesi
dell’Europa occidentale, per sostituire i precedenti sistemi, incompatibili fra di loro, sviluppati in
ogni paese con standard diversi.
Il sistema proposto doveva rispettare dei criteri ben precisi:
assicurare una buona qualità audio della conversazione bassi costi per i terminali e per la gestione del servizio supporto per il roaming internazionale supporto per un ampio ventaglio di nuovi servizi compatibilità con il sistema digitale ISDN garantire un eccellente grado di sicurezza e riservatezza nelle comunicazioni
GLOBAL SYSTEM FOR MOBILE COMMUNICATIONS
R
Nel GSM, la condivisione da parte di più mobili del canale radio si basa sulla combinazione delle
tecniche FDM (Frequency Division Multiplexing) e TDM (Time Division Multiplexing).
In particolare, così come negli altri sistemi radiomobili cellulari, l’area geografica che deve
essere coperta dal servizio è suddivisa in celle.
Celle adiacenti sono organizzate in gruppi (cluster)
Ogni cella di un cluster è servita da una stazione fissa a cui è assegnato l’uso esclusivo di un
insieme di canali FDM (all’interno del gruppo).
Uno stesso canale FDM è riutilizzato in celle di altri gruppi, sufficientemente distanti da poter
trascurare gli effetti prodotti dalle interferenze
SISTEMI CELLULARI - RIUSO DELLE FREQUENZE
F1
F4 F3
F1
F4 F3
F1
F4 F3
F1
F4 F3
F1
F4 F3
F1
F4 F3
F1
F4 F3
F1
F3
F1
F4 F3
F4
F4 F3 F4 F3 F4F3
F2
F2
F2
F2 F2
F2 F2
F2 F2F1
F4 F3
F1
F4 F3
F1
F4 F3
F1
F4 F3
F1
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F1
F4 F3
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F3
F1
F4 F3
F4
F4 F3 F4 F3 F4F3
F2
F2
F2
F2 F2
F2 F2
F2 F2
D/R=3.464
F2 F3
F2 F3
F1
F2 F3
F2 F3
F1
F2 F3F1
F2 F3
F2 F3
F2 F3 F2 F3
F2 F3
F1
F1
F1
F1
F1 F1
F1
F1
F2 F3
F2 F3
F1
F2 F3
F2 F3
F1
F2 F3F1
F2 F3
F2 F3
F2 F3 F2 F3
F2 F3
F1
F1
F1
F1
F1 F1
F1
F1
D
D/R=3
R
Cluster size=3 Cluster size=4
SISTEMI CELLULARI – RIUSO DELLE FREQUENZE
F4
F6
F5
F1
F3 F4
F6
F5F2
F1
F3 F4
F6
F5F2
F1
F3 F4
F6
F5F2
F1
F3 F4
F6
F5F2
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F3 F4
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F5F2
F1
F3 F4
F6
F5F2
F1
F3 F4
F7 F6
F2
F1
F6
F5F2
F1
F3 F4
F5F2
F1
F3 F4
F7 F6
F5
F1
F4
F6
F5
F3 F4
F7 F6
F2
F7
F7
F7
F7
F7
F7
F7
F7
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F3 F4
F6
F5F2
F1
F3 F4
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F7 F6
F2
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F3 F4
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F3 F4
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F5
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F4
F6
F5
F3 F4
F7 F6
F2
F7
F7
F7
F7
F7
F7
F7
F7
Cluster size=7
D/R=4.58
CARRIER TO INTERFERENCE RATIO E FATTORI DI RIDUZIONE
per =4 che rappresenta la situazione tipica per scenari urbani, si ha
Una riduzione del rapporto tra segnale utile e interferente può essere ottenuto suddividendo ulteriormente la cella in settori.
In tal caso, indicato con Nsect il numero di settori si ha
Valori in dB del rapporto C/I
Cluster SizeNum.settori 3 4 7 12
1 11,3 13,8 18,7 22,12 14,3 16,8 21,7 25,23 16,1 18,6 23,4 26,96 19,1 21,6 26,4 29,9
S2
S1
S3R
S1, S2, S3 = SectorR = Radius
SERVIZI PORTANTI
Data Circuit Duplex Asynchronous 300 - 9600 bit/s (T/NT) Data Circuit Duplex Synchronous 1200 - 9600 bit/s (T/NT) PAD Access Circuit Asynchronous 300 - 9600 bit/s (T/NT) Data Packet Duplex Synchronous 2400 - 9600 bit/s (T/NT) Alternate Speech/Data (T/NT) Speech followed by Data (T/NT)
TELESERVIZI
Attributo dominante
Categoria del teleservizio
Teleservizio
Tipo di informazione
d’utente
N. Nome N. Nome
Voce 1 fonia 1112
telefoniaChiamate di emergenza
Short message
2 Short message service
212223
Short message Mobile Terminated /PP Short message Mobile Originated /PP Diffusione di SMS nella cella
Facsimile 6 Trasmissione Facsimile
61 Voce e facsimile gruppo 3 alternati
62 Facsimile gruppo 3 Automatico
Voce 9 Fonia di gruppo
9192
Chiamate di gruppoDiffusione di fonia
GSM: BANDE DI FREQUENZA
Denominazione Banda Uplink (da MS a BS)
[MHz]
Banda Downlink (da BS a MS)
[MHz]
GSM 450 450.4 – 457.6 460.4 – 467.6
GSM 480 478.8 – 486 488.8 – 496
GSM 850 824 - 849 869 – 894
GSM 900 Standard o primario 890 - 915 935 – 960
Extended GSM 900 880 - 915 925 - 960
Railways GSM 900 876 - 915 921 – 960
DCS 1800 1710 – 1785 1805 - 1880
PCS 1900 1850-1910 1930-1990
GSM: ARCHITETTURA SERVIZI A COMMUTAZIONE DI CIRCUITO
PST/ ISDN
MSC
VLR
MSC
VLR
Gateway MSC
HLR
BSC
BSC
BTS
BTS
BTS
AUC
EIR
SMS Gateway MSC
SMSC
MOBILE STATION (MS)
La Mobile Station è costituita dalle apparecchiature fisiche utilizzate dall’utente mobile per
connettersi alla rete ed usufruire dei servizi GSM.
Comprende una smart card intelligente, la SIM (Subscriber Identity Module) e il terminale mobile
ME (Mobile Equipment) che, a sua volta, è costituito dall’MT (Mobile Termination) e dal TE
(Terminal Equipment).
BASE STATION SYSTEM (BSS)
La Stazione Base è l’entità responsabile delle comunicazioni con la Stazione Mobile (MS)
all’interno di una data area
Gli apparati radio di una BS possono servire una o più celle.
E’ composta da
- Un Base Station Controller (BSC)
- Uno o più Base Transceiver Station (BTS), ciascuno dei quali serve una cella.
MOBILE-SERVICES SWITCHING CENTRE (MSC)
Il Mobile-services Switching Centre Svolge è un normale nodo di commutazione che svolge tutte
le funzioni di commutazione e di segnalazione a supporto dei tutti i terminali mobili che si trovano
nell’area geografica servita, denominata nello standard con il termine di MSC area.
Rispetto ad un nodo di commutazione di una rete fissa, l’MSC deve tenere conto dell’impatto
dell’allocazione delle risorse radio e della natura mobile dell’utente e pertanto deve svolgere, in
collaborazione con altre entità del Network Subsystem, almeno le seguenti funzioni addizionali:
- Registrazione ed aggiornamento della localizzazione di un terminale mobile (MS);
- Gestione dell’handover
HOME LOCATION REGISTER (HLR)
Costituisce il database in cui il gestore della rete GSM memorizza, in modo permanente, i dati
relativi ai propri utenti.
Può essere unico o distribuito.
Contiene, per ogni utente, due tipologie di informazioni:
o Dati relativi al contratto
o Dati sulla localizzazione del terminale ai fini della contabilizzazione e dell’istradamento delle
chiamate verso l’MSC nella cui area si trova il mobile quali:
MS Roaming Number,
VLR address,
MSC address,
Local MS Identity.
I principali compiti di un HLR sono:
o Sicurezza / autenticazione (dialogo con l’AUC)
o Gestione della localizzazione
o Informazioni sull’instradamento
o Gestione dei dati utente e dei costi delle chiamate
o Gestione (attivazione/disattivazione) dei servizi supplementari
Ad ogni utenza sono associati due tipi di numeri memorizzati nella base di dati
o una International Mobile Station Identity (IMSI) che identifica l’abbonato all’interno di una
qualunque rete GSM e che è contenuto anche nella SIM.
o uno o più Mobile Station International ISDN number(s) (MSISDN) che identificano l’abbonato
univocamente nel piano di numerazione della rete telefonica internazionale (ad es. un
MSISDN per i servizi di fonia, un MSISDN per i servizi di trasmissione dati e fax)
Sia l’IMSI che l’MSISDN possono essere utilizzati come chiavi per accedere al record relativo
ad un’utenza.
Il data base contiene altre informazioni quali:
o Dati sui teleservizi e servizi portanti sottoscritti
o Restrizioni sui servizi (e.g. limitazioni del roaming);
o Una lista degli identificativi dei gruppi che un abbonato può utilizzare per le chiamte di
gruppo;
o Servizi supplementari
INTERNATIONAL MOBILE SUBSCRIBER IDENTITY (IMSI)
L’IMSI è composto da tre parti:
1. Il Mobile Country Code (MCC) che identifica lo stato in cui è domiciliato l’abbonato.
2. Il Mobile Network Code (MNC) identifica la rete dell’operatore con il quale si è sottoscritto
l’abbonamento (rete base).
3. Il Mobile Subscriber Identification Number (MSIN) identifica l’abbonato all’interno di una rete
mobile terrestre (PLMN).
La concatenazione dell’MNC e dell’MSIN costituisce la National Mobile Subscriber Identity
(NMSI).
MSISDN
L’MSISDN è composto da tre parti:
1. Il Country Code (MCC) che identifica lo stato in cui è registrata la stazione mobile.
2. Il National (significant) mobile number, composta da:
un National Destination Code (NDC)
Subscriber Number (SN).
Nelle applicazioni GSM/UMTS ad ogni rete è allocato un National Destination Code.
In alcuni stati può essere necessario associare ad una rete più di un NDC.
La sua composizione deve essere tale da consentirne l’uso come indirizzo globale
nell’istradamento dei messaggi verso l’HLR del mobile da parte dello strato Signalling
Connection Control Part (SCCP)
Tale informazione è ottenuta concatenando il CC e l’NDC ed, eventualmente, le prime cifre
dell’SN.
VISITOR LOCATION REGISTER (VLR)
Costituisce il data base in cui sono meorizzati temporaneamente I dati relative ai terminali mobili
presenti in una MSC area.
Quando un terminale entra nell’area coperta da un nuovo MSC, i dati relativi al mobile vengono
inseriti nel VLR associato all’MSC. Contemporaneamente l’indirizzo del VLR viene annotato nel
record dell’HLR relativo al mobile.
I dati utente contenuti nel VLR comprendono:
o IMSI, MSISDN, e parametri di sicurezzao HLR number, per poter identificare il corretto HLRo Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI) usato per garantire la sicurezza dell’IMSI, viene
assegnato ogni volta che si cambia Location Areao Stato della MSo Stato dei servizi supplementario Location Area Identifier (LAI) in cui si trova la MS
AUTHENTICATION CENTRE (AUC)
Ad ogni HLR è associato un AuC in cui sono memorizzate le chiavi primarie utilizzate nelle
procedure di identificazione e autenticazione del mobile e di criptazione dei flussi informativi
nella tratta radio.
Le chiavi primarie sono impiegate per generare i parametri temporanei impiegati nelle
procedure di sicurezza citate al punto precedente.
EQUIPMENT IDENTITY REGISTER (EIR)
Questa entità contiene uno o più database in cui sono memorizzati i codici IMEI (codici
univocamente associati ad ogni apparato mobile, ME);
un IMEI può non essere valido quando l’unità mobile risulta rubata o non approvata.
Pertanto i dati relativi agli apparati possono essere memorizzati in tre liste diverse:
White List: IMEI autorizzati
Grey List: IMEI apparecchi non omologati
Black List: IMEI bloccati, non autorizzati a connettersi.
Un IMEI può anche risultare sconosciuto ad un EIR.
- Un EIR deve contenere almeno la "white list".
GATEWAY MSC (GMSC)
Costituisce il punto d’accesso ad una rete GSM per chiamate da/a reti fisse o mobili di altri
gestori.
Nel caso di una chiamata entrante, Il GMSC richiede al proprio HLR l’indirizzo dell’MSC l’MSC
che ha in carico il mobile. Quindi instrada la chiamata verso di esso.
SMS GATEWAY MSC (SMS-GMSC)
L’SMS Gateway MSC (SMS-GMSC) agisce da interfaccia tra un centro per la gestione degli
SMS (Short Message Service Centre) ed una rete GSM per l’inoltro di SMS dal centro servizi
alla stazione mobile.
SMS INTERWORKING MSC
L’SMS Interworking MSC (SMS-IMSC) agisce da interfaccia tra un centro per la gestione degli
SMS (Short Message Service Centre) ed una rete GSM per la sottomissione di SMS dalla
stazione mobile ad un centro servizi.
THE INTERWORKING FUNCTION (IWF)
L’Interworking Function (IWF) è un’entità funzionale associata ad un MSC che fornisce le
funzionalità necessarie per l’interoperabilità tra una rete GSM ed una rete fissa (ISDN, PSTN e
PDN).
Le funzioni dipendono dai servizi e dal tipo di rete.
L’IWF effettua la conversione tra i protocolli usati dalla rete GSM e quelli usati dalle rete fissa.
Nel caso di compatibilità diretta tra le due reti l’IWF l’insieme delle funzionalità IWF potrebbe
essere vuoto.
GROUP CALL REGISTER (GCR)
Il Registro delle Chiamate di Gruppo o Group Call Register (GCR) contiene per un’area MSC
per ogni gruppo (individuate tramite il proprio identificativo o ID) e per ogni cella per la quale e’
attivo il servizio delle chiamate di gruppo, o Voice Group Call Service (VGCS), o il servizio di
diffusione della voce, o Voice Broadcast Service (VBS), il riferimento alla chiamata di gruppo alla
chiamata di diffusione voce da usare per il servizio VGCS o per il servizio VBS con l’indicazione
se l’MSC che origina la chiamata e’ responsabile della chiamata stessa.
Nel caso di MSC reponsabile per il trattamento della chiamata il GCR include:
- La lista delle celle appartenenti all’area dell’MSC in cui la chiamata deve essere diffusa
(parte della group call area);
- La lista degli altri MSC a cui deve essere inoltrata la chiamata
- La lista degli identificativi dei dispatcher con I quali occorre attivare un collegamento dedicato
- La lista degli identificativi dei dispatcher ai quali e’ consentito iniziare una chiamata VGCS o
VBS
- La lista degli identificativi dei dispatcher ai quali e’ consentito terminare una chiamata VGCS
o VBS
- La durata dell’intervallo di tempo trascorso il quale la chiamata e’ terminate automaticamente
nel caso di assenza di attivita’.
- Necessita’ del riscontro.
Nel caso di MSC reponsabile per il trattamento della chiamata il GCR include:
- La lista delle celle appartenenti all’area dell’MSC corrispondente in cui la chiamata deve
essere diffusa (parte della group call area);
PILA PROTOCOLLARE
Layer 1LAPDm
RR
MMCM
Layer 1LAPDm
RR’
Layer 1LAPD
BTSM
Layer 1LAPD
Layer 1MTP
BTSM
RR
SSCP
BSSAP
Layer 1MTP
SSCP
BSSAP
MMCM
Um Abis A
MS BTS BCS MSC
Layer 1LAPDm
RR
MMCM
Layer 1LAPDm
RR’
Layer 1LAPD
BTSM
Layer 1LAPD
Layer 1MTP
BTSM
RR
SSCP
BSSAP
Layer 1MTP
SSCP
BSSAP
MMCM
Um Abis A
MS BTS BCS MSC
Layer 1LAPDm
RR
MMCM
Layer 1LAPDm
RR
MMCM
Layer 1LAPDm
RR’
Layer 1LAPD
BTSM
Layer 1LAPD
Layer 1MTP
BTSM
RR
SSCP
BSSAP
Layer 1MTP
SSCP
BSSAP
MMCM
Um Abis A
MS BTS BCS MSC
BANDE DI FREQUENZA
Denominazione Banda Uplink (da MS a BS)
[MHz]
Banda Downlink (da BS a MS)
[MHz]
GSM 450 450.4 – 457.6 460.4 – 467.6
GSM 480 478.8 – 486 488.8 – 496
GSM 850 824 - 849 869 – 894
GSM 900 Standard o primario 890 - 915 935 – 960
Extended GSM 900 880 - 915 925 - 960
Railways GSM 900 876 - 915 921 – 960
DCS 1800 1710 – 1785 1805 - 1880
PCS 1900 1850-1910 1930-1990
CANALI DI TRAFFICO
I canali di traffico trasportano le informazioni di fonia e dati generate dall’utente.
Tipo di canale Capacità lorda
[kbit/s]
Full rate traffic channel (TCH/F) 22,8
Half rate traffic channel (TCH/H) 11,4
Enhanced circuit switched full rate traffic channel
(E-TCH/F)
69,6 (including the
stealing symbols)
8-PSK full rate traffic channel (O-TCH/F) 68,4
8-PSK half rate traffic channel (O-TCH/H) 34,2
Packet data traffic channels (PDTCH's) are intended to carry user data in packet switched mode.
For the purpose of this EN, any reference to traffic channel does not apply to PDTCH unless
explicitly stated.
All traffic channels are bi-directional unless otherwise stated. Unidirectional downlink full rate
channels, TCH/FD, are defined as the downlink part of the corresponding TCH/F.
Multiple full rate channels can be allocated to the same MS. This is referred to as multislot
configurations, which is defined in subclause 6.4.2.1.
Multiple packet data traffic channels can be allocated to the same MS. This is referred to as
multislot packet configurations, as defined in subclause 6.4.2.2.
A combination of a half rate traffic channel and a half rate packet data traffic channel on the
same basic physical channel can be allocated to the same MS as defined in subclause 6.4.2.3.
A combination of a traffic channel and one or more full rate packet data traffic channels can be
allocated to the same MS.
The specific traffic channels available in the categories of speech and user data are defined in
the subclauses following.
CANALI DI TRAFFICO A COMMUTAZIONE DI CIRCUITO: FONIA
I seguenti canali di traffico sono dedicate ai servizi di fonia:
full rate traffic channel for speech (TCH/FS);
half rate traffic channel for speech (TCH/HS);
enhanced full rate traffic channel for speech (TCH/EFS);
adaptive full rate traffic channel for speech (TCH/AFS);
adaptive half rate traffic channel for speech (TCH/AHS);
adaptive full rate traffic channel for wideband speech (TCH/WFS);
adaptive half rate 8PSK traffic channel for speech (O-TCH/AHS);
adaptive full rate 8PSK traffic channel for wideband speech (O-TCH/WFS);
adaptive half rate 8PSK traffic channel for wideband speech (O-TCH/WHS).
CANALI DI TRAFFICO A COMMUTAZIONE DI CIRCUITO: DATI
I seguenti canali di traffico sono dedicati ai dati:
full rate traffic channel for 9,6 kbit/s user data (TCH/F9.6);
full rate traffic channel for 4,8 kbit/s user data (TCH/F4.8);
half rate traffic channel for 4,8 kbit/s user data (TCH/H4.8);
half rate traffic channel for 2,4 kbit/s user data (TCH/H2.4);
full rate traffic channel for 2,4 kbit/s user data (TCH/F2.4);
full rate traffic channel for 14,4 kbit/s user data (TCH/F14.4);
enhanced circuit switched full rate traffic channel for 28,8 kbit/s user data (E-TCH/F28.8);
enhanced circuit switched full rate traffic channel for 32,0 kbit/s user data (E-TCH/F32.0);
enhanced circuit switched full rate traffic channel for 43.2 kbit/s user data (E-TCH/F43.2).
CANALI DI TRAFFICO DATI A PACCHETTO (PDTCH)
Un canale PDTCH/F corrisponde alla risorsa llocata ad una singola MS su un canale fisico
A causa della multiplazione dinamica di differenti canali logici sullo stesso canale fisico, un
canale PDTCH/F che impiega la modulazione GMSK ha una capacita’ cariabile tra 0 e 22,8
kbit/s.
A causa della multiplazione dinamica di differenti canali logici sullo stesso canale fisico, un
canale PDTCH/F che impiega la modulazione 8PSK ha una capacita’ cariabile tra 0 e 69,6
kbit/s.
Tutti icnali di traffico a pacchetto sono unidirezionali.
CANALI DI CONTROLLO
I canali di controllo tarsportano la segnalazione ed i segnali per la sincronizzazione.
Esistono 4 categorie di canali di controllo
o diffusivi (broadcast), comuni, dedicati e canali di controllo CTS
FREQUENCY CORRECTION CHANNELS (FCCH AND CFCCH)
The frequency correction channel carries information for frequency correction of the mobile
station. It is required only for the operation of the radio sub-system. Different mapping is used for
FCCH and COMPACT CFCCH (see clause 7).
SYNCHRONIZATION CHANNELS
The synchronization channel carries information for frame synchronization of the mobile station
and identification of a base transceiver station. It is required only for the operation of the radio
sub-system. Different channels are used for SCH and COMPACT CSCH.
Synchronization channel (SCH) Specifically the synchronization channel (SCH) shall contain two encoded parameters:
a) Base transceiver station identity code (BSIC): 6 bits (before channel coding) consists of 3 bits of PLMN colour code with range 0 to 7 and 3 bits of BS colour code with range 0 to 7 as defined in 3GPP TS 23.003.
b) Reduced TDMA frame number (RFN): 19 bits (before channel coding) =
T1 (11 bits) range 0 to 2047 = FN div ( 26 x 51)
T2 (5 bits) range 0 to 25 = FN mod 26
T3 ' (3 bits) range 0 to 4 = (T3 - 1) div 10
where
T3 (6 bits) range 0 to 50 = FN mod 51
and
FN = TDMA frame number
3GPP TS 44.006 and 3GPP TS 44.018 specify the precise bit ordering, 3GPP TS 45.003 the channel coding of the above parameters and 3GPP TS 45.010 defines how the TDMA frame number can be calculated from T1, T2, and T3'.
COMPACT synchronization channel (CSCH)The COMPACT packet synchronization channel CSCH shall contain two encoded parameters:
a) Base transceiver station identity code (BSIC): 6 bits (before channel coding) consists of 3 bits of PLMN colour code with range 0 to 7 and 3 bits BS colour code with range 0 to 7 as defined in 3GPP TS 23.003.
b) Reduced TDMA frame number (RFN): 19 bits (before channel coding) =
R1 (10 bits) range 0 to 1023 = FN div (51 x 52)
R2 (6 bits) range 0 to 50 = (FN div 52) mod 51
TG (2 bits) range 0 to 3
Reserved (1 bit)
where
FN = TDMA frame number as defined in subclause 4.3.3
and
TG = time group as defined in subclause 4.3.4.
3GPP TS 44.006 and 3GPP TS 44.018 specify the precise bit ordering, 3GPP TS 45.003 the channel coding of the above parameters and 3GPP TS 45.010 defines how the TDMA frame number can be calculated from R1 and R2.
BROADCAST CONTROL CHANNELS (GENERAL)
A broadcast control channel is a point-to-multipoint uni-directional control channel, from the fixed
sub-system to the Mobile Stations.
Broadcast control channels are physically sub-divided into the broadcast control channel (BCCH)
and the packet broadcast control channel (PBCCH).
BCCH and PBCCH are intended to broadcast a variety of information to MSs, including
information necessary for MS to register in the system (e.g. synchronization data).
BROADCAST CONTROL CHANNEL (BCCH)
The broadcast control channel broadcasts general information on a base transceiver station per base transceiver station basis. Of the many parameters contained in the BCCH, the use of the following parameters, as defined in 3GPP TS 44.018 are referred to in subclause 6.5:
a) CCCH_CONF which indicates the organization of the common control channels:
From this parameter, the number of common control channels (BS_CC_CHANS) and whether or not CCCH or SDCCH are combined (BS_CCCH_SDCCH_COMB = true or false) are derived as follows:
CCCH_CONF BS_CC_CHANS BS_CCCH_SDCCH_COMB
000 1 false001 1 true010 2 false100 3 false110 4 false
b) BS_AG_BLKS_RES which indicates the number of blocks on each common control channel reserved for access grant messages:
3 bits (before channel coding) range 0 to 7.
c)BS_PA_MFRMS which indicates the number of 51-multiframes between transmission of paging messages to mobiles of the same paging group:
3 bits (before channel coding) range 2 to 9.
d) support of GPRS
The BCCH shall indicate whether or not packet switched traffic is supported. If packet switched traffic is supported and if the PBCCH exists, then the BCCH shall broadcast the position of the packet data channel (PDCH), as defined in subclause 6.3.2.1, carrying the PBCCH.
PACKET BROADCAST CONTROL CHANNELS
Packet Broadcast Control Channel (PBCCH)The PBCCH broadcasts parameters used by the MS to access the network for packet transmission operation. In addition to those parameters the PBCCH reproduces the information transmitted on the BCCH to allow circuit switched operation, such that a MS in GPRS attached mode monitors the PBCCH only, if it exists. The existence of the PBCCH in the cell is indicated on the BCCH. In the absence of PBCCH, the BCCH shall be used to broadcast information for packet operation. Of the many parameters contained in the PBCCH, the use of the following parameters, as defined in 3GPP TS 44.060 are referred to in subclauses 6.5 and 6.3.2:
a) BS_PBCCH_BLKS (1,...,4) indicates the number of blocks allocated to the PBCCH in the multiframe (see subclause 6.3.2.3.3).
b) BS_PCC_CHANS indicates the number of physical channels carrying PCCCHs including the physical channel carrying the PBCCH
c)BS_PAG_BLKS_RES indicates the number of blocks on each PDCH carrying PCCCH per multiframe where neither PPCH nor PBCCH should appear (see subclause 6.3.2.3.4). The BS_PAG_BLKS_RES value shall fulfil the condition : BS_PAG_BLKS_RES <= 12 - BS_PBCCH_BLKS - 1.
d) BS_PRACH_BLKS indicates the number of blocks reserved in a fixed way to the PRACH channel on any PDCH carrying PCCCH (see subclause 6.3.2.2.3).
The PBCCH channel of a cell shall be allocated on the same frequency band (see 3GPP TS 45.005) as the BCCH channel of that cell.
PACKET BROADCAST CONTROL CHANNELS
COMPACT Packet Broadcast Control Channel (CPBCCH)The CPBCCH is a stand-alone packet control channel for COMPACT. The CPBCCH broadcasts parameters used by the MS to access the network for packet transmission operation.Of the many parameters contained in the CPBCCH, the use of the following parameters, as defined in 3GPP TS 44.060 are referred to in subclauses 6.5 and 6.3.3:
a)BS_PBCCH_BLKS (1,…,4) indicates the number of blocks allocated to the CPBCCH in the multiframe (see subclause 6.3.2.3.3a).
b)BS_PCC_CHANS indicates the number of radio frequency channels per cell carrying CPCCCHs including the radio frequency channel carrying the CPBCCH.
c)BS_PAG_BLKS_RES indicates the number of blocks on each radio frequency channel carrying CPCCCH per multiframe where neither CPPCH nor CPBCCH should appear (see subclause 6.3.2.3.4a). BS_PAG_BLKS_RES cannot be greater than 8.
d)BS_PRACH_BLKS indicates the number of blocks reserved in a fixed way to the CPRACH channel on any radio frequency channel carrying CPCCCH (see subclause 6.3.2.2.3a).
e)NIB_CCCH_0, NIB_CCCH_1, NIB_CCCH_2, and NIB_CCCH_3 indicate the number of downlink blocks per multiframe designated as idle to protect CPBCCH and CPCCCH blocks for non-serving time groups (see subclause 6.5.1).
f) LARGE_CELL_OP indicates which type of cell size is used: nominal or large.
CHANNEL TYPES AND THEIR USE: CONTROL CHANNELS
NOTE: The term "Dm channel" may be used to refer to the controls channels used by a Mobile
Station at a given moment, independently of their type. (The term "Dm channel" in conjunction
with the packet control channels shall be avoided.)
Control channels are used to provide all active Mobile Stations with a continuous frame oriented
means of communication across the MS-BS interface.
A Mobile Station Channel Configuration contains one or more control channels.
These control channels may change in time, with the channel configuration.
Access management signalling functions are used to insure the continuity when a change in the
control channels occurs.
Control channels are classified by control channel types, which have common characteristics.
These control channel types are specified in subclause 4.1.
The control channels are primarily intended to carry signalling information for Connection
management (CM), Mobility Management (MM) and Radio Resource (RR) management.
In addition to signalling information control channels may also be used to carry other data,
including those relating to Short Message Services.
COMMON CONTROL CHANNEL
A common control channel is a point-to-multipoint bi-directional control channel.
Common control channels are physically sub-divided into the common control channel (CCCH)
and the packet common control channel (PCCCH).
CCCH and PCCCH are primarily intended to carry signalling information necessary for access
management functions (e.g. allocation of dedicated channels or radio resource on a packet data
traffic channel).
The CCCH can be used for other signalling purposes.
CCCH and PCCCH use a layered protocol according to Technical Specifications in GSM 04-
Series. In particular the multipoint to point management is achieved through random access
techniques.
The following terms may be used when the context requires it:
o The RACH (Random Access Channel) is the uplink (MS to network) part of the CCCH.
o The PRACH (Packet Random Access Channel) is the uplink part of the PCCCH.
o The AGCH (Access Grant Channel) is the part of the downlink (network to MS) part of the
CCCH reserved for assignment messages.
o The PAGCH (Packet Access Grant Channel) is the part of the downlink part of the PCCCH
used for assignment messages.
o The NCH (Notification Channel) is the part of the downlink part of the CCCH reserved for
voice group and/or voice broadcast calls notification messages.
o The PNCH (Packet Notification Channel) is the part of the downlink part of the PCCCH
reserved for GPRS PTM-M, voice group and/or voice broadcast calls notification messages.
o The PCH (Paging Channel) is the remaining part of the downlink part of the CCCH.
o The PPCH (Packet Paging Channel) is the remaining part of the downlink part of the
PCCCH.
COMMON CONTROL TYPE CHANNELS
Common control type channels, known when combined as a common control channel (CCCH)
i) Paging channel (PCH): Downlink only, used to page mobiles.
ii)Random access channel (RACH): Uplink only, used to request allocation of a SDCCH.
iii) Access grant channel (AGCH): Downlink only, used to allocate a SDCCH or directly a TCH.
iv) Notification channel (NCH): Downlink only, used to notify mobile stations of voice group and voice broadcast calls.
Packet Common control channels
Packet Common Control Channels (PCCCH)i) Packet Paging channel (PPCH): Downlink only, used to page MS.
ii)Packet Random access channel (PRACH): Uplink only, used to request allocation of one or several PDTCHs (for uplink or downlink direction).
iii) Packet Access grant channel (PAGCH): Downlink only, used to allocate one or several PDTCH.
iv) Packet Notification channel (PNCH): Downlink only, used to notify MS of PTM-M call.
If a PCCCH is not allocated, the information for packet switched operation is transmitted on the CCCH. If a PCCCH is allocated, it may transmit information for circuit switched operation.The PCCCH channel of a cell shall be allocated on the same frequency band (see 3GPP TS 45.005) as the BCCH channel of that cell.
COMPACT Common Control Channels (CPCCCH)
i) Packet Paging channel (CPPCH): Downlink only, used to page MS.
ii)Packet Random access channel (CPRACH): Uplink only, used to request allocation of one or several PDTCHs (for uplink or downlink direction).
iii) Packet Access grant channel (CPAGCH): Downlink only, used to allocate one or several PDTCH.
iv) Packet Notification channel (CPNCH): Downlink only, used to notify MS of PTM-M call.
DEDICATED CONTROL CHANNEL
A dedicated control channel (DCCH) is a point-to-point bi-directional or uni-directional control
channel.
DCCHs exist with a variety of bit rates.
DCCHs are further classified as follows according to some technical particularities:
A SDCCH (Stand-alone DCCH) is a bi-directional DCCH whose allocation is not linked to the
allocation of a TCH. The bit rate of a SDCCH is 598/765 kbit/s.
A FACCH (Fast Associated DCCH) is a bi-directional DCCH obtained by pre-emptive dynamic
multiplexing on respectively a TCH/F or a TCH/H channel. The allocation of a FACCH is
obviously linked to the allocation of a TCH. The bit rate of a FACCH is 9 200 or 4 600 bit/s.
A SACCH (Slow Associated DCCH) is either a bi-directional or uni-directional DCCH of rate
115/300 or a bi-directional DCCH of rate 299/765 kbit/s. An independent SACCH is always
allocated together with a TCH or a SDCCH. The co-allocated TCH and SACCH shall be either
both bi-directional or both uni-directional.
NOTE 1: A Multislot Configuration (described in clause 6) is an example of a case where uni-directional SACCHs may be used.
DEDICATED CONTROL CHANNELS
Circuit switched dedicated control channelsi) Slow, TCH/F or E-TCH/F associated, control channel (SACCH/TF).
ii)Fast, TCH/F associated, control channel (FACCH/F).
iii) Slow, TCH/H or O-TCH/H associated, control channel (SACCH/TH).
iv) Fast, TCH/H associated, control channel (FACCH/H).
v)Stand alone dedicated control channel (SDCCH/8).
vi) Slow, SDCCH/8 associated, control channel (SACCH/C8)
vii) Stand alone dedicated control channel, combined with CCCH (SDCCH/4).
viii) Slow, SDCCH/4 associated, control channel (SACCH/C4).
ix) slow, TCH/F, O-TCH/F or E-TCH/F associated, control channel for multislot configurations (SACCH/M).
x)slow, TCH/F associated, control channel for CTS (SACCH/CTS).
xi) Fast, E-TCH/F associated, control channel (E-FACCH/F).
xii) Inband, E-TCH/F associated, control channel (E-IACCH/F).
xiii) Slow, TCH/F or O-TCH/F associated, control channel for enhanced power control (SACCH/TPF).
xiv) Slow, TCH/F or O-TCH/F associated, control channel for enhanced power control in multislot configurations (SACCH/MP).
xv) Slow, TCH/H or O-TCH/H associated, control channel for enhanced power control (SACCH/TPH).
xvi) Enhanced power control, TCH/F or O-TCH/F associated channel (EPCCH/F).
xvii) Enhanced power control, TCH/F or O-TCH/F associated channel in multislot configurations (EPCCH/M).
xviii) Enhanced power control, TCH/H or O-TCH/H associated channel (EPCCH/H);
xix) Fast, O-TCH/H associated, control channel (O-FACCH/H);
xx) Fast, O-TCH/F associated, control channel (O-FACCH/F).
All associated control channels have the same direction (bi-directional or unidirectional) as the channels they are associated to. The unidirectional SACCH/MD, SACCH/MPD and EPCCH/MD are defined as the downlink part of SACCH/M, SACCH/MP and EPCCH/M respectively.
PACKET DEDICATED CONTROL CHANNELS
i)The Packet Associated Control channel (PACCH): The PACCH is bi-directional. For description purposes PACCH/U is used for the uplink and PACCH/D for the downlink.
ii) Packet Timing advance control channel uplink (PTCCH/U): Used to transmit random access bursts to allow estimation of the timing advance for one MS in packet transfer mode.
iii) Packet Timing advance control channel downlink (PTCCH/D): Used to transmit timing advance updates for several MS. One PTCCH/D is paired with several PTCCH/U's.
CELL BROADCAST CHANNEL (CBCH)
The CBCH, downlink only, is used to carry the short message service cell broadcast (SMSCB). The CBCH uses the same physical channel as the SDCCH.
CTS CONTROL CHANNELS
Four types of CTS control channels are defined:
CTS beacon channel (BCH)The BCH is used to provide frequency and synchronization information in the downlink. It is made up of a pair of CTSBCH-SB (Synchronization burst) and CTSBCH-FB (Frequency correction burst).The CTSBCH-FB carries information for frequency correction of the mobile station. It is required only for the operation of the radio sub-system.The CTSBCH-SB carries signalling information and identification of a CTS-FP. Specifically the CTSBCH-SB shall contain five encoded parameters:
a) status of the CTS-FP radio resources : 1 bit (before channel coding;
b) flag indicating the presence of CTSPCH in the next 52-multiframe : 1 bit (before channel coding);
c)flag indicating whether the CTS-FP is currently performing timeslot shifting on CTSBCH: 1 bit (before channel coding);
d) CTS control channels (except CTSBCH) timeslot number for the next 52-multiframe (TNC): 3 bits (before channel coding);
e) CTS-FP beacon identity (FPBI) : 19 bits (before channel coding), as defined in 3GPP TS 23.003.
3GPP TS 44.056 specifies the precise bit ordering and 3GPP TS 45.003 the channel coding of the above parameters.
CTS CONTROL CHANNELS
CTS paging channel (CTSPCH)Downlink only, used to broadcast information for paging.CTS access request channel (CTSARCH)Uplink only, used to request allocation of a dedicated RR connection.CTS access grant channel (CTSAGCH)Downlink only, used to grant a dedicated RR connection.
USER CHANNELS
USER CHANNELS
User channels are intended to carry a wide variety of user information streams.
A distinguishing characteristic is that user channels do not carry signalling information for
Connection Management (CM), Mobility Management (MM) or Radio Resource (RR)
management.
This signalling information is carried over other types of channels, namely the control channels.
User channels may be used to provide access to the PLMN and the networks it permits access
to.
Different types of user channels are distinguished by their rates.
Type of channel net bit rate block length block(kbit/s) (bits) recurrence
(ms)full rate speech TCH1 13,0 182 + 78 20enhanced full rate speech TCH1 12,2 170 + 74 20half rate speech TCH2 5,6 95 + 17 20Adaptive full rate speech TCH (12.2 kbit/s) 12.2 244 20Adaptive full rate speech TCH (10.2 kbit/s) 10.2 204 20Adaptive full rate speech TCH (7.95 kbit/s) 7.95 159 20Adaptive full rate speech TCH (7.4 kbit/s) 7.4 148 20Adaptive full rate speech TCH (6.7 kbit/s) 6.7 134 20Adaptive full rate speech TCH (5.9 kbit/s) 5.9 118 20Adaptive full rate speech TCH (5.15 kbit/s) 5.15 103 20Adaptive full rate speech TCH (4.75 kbit/s) 4.75 95 20Adaptive half rate speech TCH (7.95 kbit/s)8 7.95 123 + 36 20Adaptive half rate speech TCH (7.4 kbit/s)8 7.4 120 + 28 20Adaptive half rate speech TCH (6.7 kbit/s)8 6.7 110 + 24 20Adaptive half rate speech TCH (5.9 kbit/s)8 5.9 102 + 16 20Adaptive half rate speech TCH (5.15 kbit/s)8 5.15 91 + 12 20Adaptive half rate speech TCH (4.75 kbit/s)8 4.75 83 + 12 20data E-TCH (43,2 kbit/s) 3 43,5 870 20data E-TCH (32,0 kbit/s) 3 32,0 640 20data E-TCH (28,8 kbit/s)3 29,0 580 20data TCH (14,4 kbit/s) 3 14,5 290 20data TCH (9,6 kbit/s)3 12,0 60 5
data TCH (4,8 kbit/s)3 6,0 60 10data TCH (2,4 kbit/s)3 3,6 36 10PDTCH (CS-1) 9.05 181 -PDTCH (CS-2) 13.4 268 -PDTCH (CS-3) 15.6 312 -PDTCH (CS-4) 21.4 428 -PDTCH (MCS-1)10 10.6 212 -PDTCH (MCS-2)10 13.0 260 -PDTCH (MCS-3)10 16.6 332 -PDTCH (MCS-4)10 19.4 388 -PDTCH (MCS-5)10 24.05 481 -PDTCH (MCS-6)10 31.25 625 -PDTCH (MCS-7)10 47.45 949 -PDTCH (MCS-8)10 57.05 1141 -PDTCH (MCS-9)10 61.85 1237 -
BM CHANNEL
A Bm channel is a bi-directional or uni-directional user channel able to carry:
o a 13 kbit/s rate bit stream with an error structure and a transmission delay compatible with
some grade of service, intended to carry voice encoded according to Technical
Specifications in GSM 06-series;
o a bit stream at a rate of 14,5, 12, 6 or 3,6 kbit/s, with an error structure and a transmission
delay adapted to a wider range of services, including data transmission; or other kinds of bit
stream adapted to a wider range of services (for further study).
User information streams are carried on the Bm channel on a dedicated, alternate (within one
call or as separate calls), or simultaneous basis, consistent with the Bm channel carrying
capability.
The following are samples of user information streams:
o i) voice encoded at 13 kbit/s according to Technical Specifications in GSM 06-series; and
o ii) data information corresponding to circuit switching user classes of services at bit rates
compatible with the channel capability.
A Bi-directional Bm Channel uses the radio resources referred to as TCH/F.
Bi-directional downlink Bm Channel uses the radio resources referred to as TCH/FD.
The Uni-directional Bm Channel is only defined in downlink direction.
Traffic channels (TCH) are fixed physical gross rate channels, accompanied with timing (see
GSM 05.02).
LM CHANNELS
A Lm channel is a user channel with a carrying capability lower than a Bm channel.
A Lm channel is a user channel able to carry:
o some bit stream to be defined with an error structure and a transmission delay compatible
with some grade of service, intended to carry voice encoded according to a method to be
defined;
o a bit stream at a rate of 6 or 3.6 kbit/s, with an error structure and a transmission delay
adapted to a wider range of services, including data transmission; or - other kinds of bit
stream adapted to a wider range of services (for further study).
User information streams are carried on a Lm channel on a dedicated, alternate (within one call
or as separate calls), or simultaneous basis, consistent with the TCH/H channel carrying
capability. The following are samples of user information streams:
o voice encoded at some rate according to a method to be specified in the future; and.ETSI
ETSI TS 100 552 V7.0.0 (1999-08) 7 (GSM 04.03 version 7.0.0 Release 1998)
o data information corresponding to circuit switching user classes of services at bit rates
compatible with the channel capability.
A Lm Channel uses the radio resources referred to as TCH/H. Traffic channels (TCH) are fixed
physical gross rate channels, accompanied with timing (see GSM 05.02).
CHANNEL TYPES AND THEIR USE: PACKET DATA TRAFFIC CHANNELS
Packet data traffic channels are used to carry a wide variety of information streams, including
user information and signalling information for, e.g., Session Management (SM) and Mobility
Management (MM) in packet mode.
A distinguishing characteristic is that a packet data traffic channel allows a plurality of information
streams, associated with different users, to be multiplexed in a pre-emptive and dynamic fashion.
Signalling functions between the MS and the BSS are carried out over other types of channels,
namely the control channels.
Uni-directional information streams are carried on the packet data traffic channel on an alternate,
or simultaneous basis, consistent with the packet data traffic channel carrying capability.
The packet data traffic channel uses the radio resources referred to as PDTCH (see GSM
05.02).
The terms Bm, or Bm + ACCHs can be used to refer to a Bm channel together with the
corresponding FACCH and the co-allocated SACCH when the context avoids any ambiguities.
Similar remarks apply to the terms Lm, Lm + ACCHs, Lm + Lm, Lm + Lm + ACCHs.
The term SDCCH can be used to refer specifically to a SDCCH together with the co-allocated
SACCH when the contexts avoids any ambiguities.
NOTE 2: TCH/F is sometimes used to designate Bm associated with its control channel (FACCH
and SACCH).
TCH/H is sometime used to designate Lm associated with its control channel (FACCH and
SACCH)..ETSI TS 100 552 V7.0.0 (1999-08) 9 (GSM 04.03 version 7.0.0 Release 1998)
A PACCH (Packet Associated Control Channel) is a bi-directional DCCH obtained by pre-
emptive dynamic multiplexing on a PDTCH.
A PTCCH (Packet Timing Control Channel) is a bi-directional DCCH carrying synchronization
data for a group of up to 16 MSs in packet transfer state (see GSM 04.60).
The DCCHs use a layered protocol according to Technical Specifications in GSM 04- and 05-
series.
5 BS access capability
The BS access capability is composed of:
one BCCH;
one CCCH physically related to the BCCH;
{{0 to 3 additional CCCHs; and a global resource.
OR:
BCCH, CCCH plus 4 SDCCHs and a global resource.}}
The global resource can be used to accommodate:
i) n1 (Bm + FACCH + SACCH);
ii) 2n2 (Lm + FACCH + SACCH);
iii) 8n3 (SDCCH of rate 598/765 kbit/s + SACCH);
iv) n4 (Bm + SACCH);
v) n5 (PBCCH + PCCCH + PDTCH + PACCH + PTCCH) ;
vi) n6 (PCCCH + PDTCH + PACCH + PTCCH) ;
vii)n7 (PBCCH + PCCCH) ; and
viii) n8 (PDTCH + PACCH + PTCCH) ;
with the constraints: n5 = 0 or 1;
n5 > 0 implies that n7 = 0;
n7 > 0 implies that n5 = 0 and n6 = 0; and
n1 + n2 + n3 + n4 + n5 + n6 + n7 + n8 lower than some value characterizing the BS access
capability.
The exact use of the global resource may vary in time.
Type of channel net bit rate block length block(kbit/s) (bits) recurrence
(ms)full rate FACCH (FACCH/F) 9,2 184 20half rate FACCH (FACCH/H) 4,6 184 40enhanced circuit switched full rate FACCH (E- 9.2 184 20FACCH/F)SDCCH 598/765
(0,782)184 3 060/13 (235)
SACCH (with TCH)4 115/300 (0,383)
168 + 16 480
SACCH (with SDCCH)4 299/765 (0,391)
168 + 16 6 120/13 (471)
PACCH7
BCCH 598/765 (0,782)
184 3 060/13 (235)
PBCCH6 s*181/120 (1.508)
181 120
AGCH5 n*598/765 (0,782)
184 3 060/13 (235)
PAGCH7 181NCH5 m*598/765
(0,782)184 3 060/13
(235)PNCH7 181PCH5 p*598/765 184 3 060/13
(0,782) (235)PPCH7 181RACH5 r*26/765
(0,034)8 3 060/13
(235)PRACH (8 bit Access Burst)7 8PRACH (11 bit Access Burst)7 11CBCH 598/765
(0,782)184 3 060/13
(235)CTSBCH-SB 25/240 (0,104) 25 240CTSPCH 184/240 (0,767) 184 240CTSARCH 14*25/240
(0,104)25 240
CTSAGCH 2*184/240 (0,767)
184 240
4 Configuration of a Public Land Mobile Network4.1 General
The basic configuration of a Public Land Mobile Network and the interconnection to the PSTN/ISDN
are presented in figure 1. This configuration presents signalling interfaces which can be found in a
PLMN.
Implementations may be different: some particular functions may be gathered in the same equipment
and then some interfaces may become internal interfaces.
4.2 Basic configuration
In the basic configuration presented in figure 1, all the functions are considered implemented in
different equipments. Therefore, all the interfaces within PLMN are external. Interfaces A and Abis
are defined in the GSM 08-series of Technical Specifications. Interfaces B, C, D, E, F and G need
the support of the Mobile Application Part of the signalling system No. 7 to exchange the data
necessary to provide the mobile service. No protocols for the H-interface and for the I-interface are
standardized. From this configuration, all the possible PLMN organisations can be deduced. In the
case when some functions are
contained in the same equipment, the relevant interfaces become internal to that equipment.
GSM 03.02 version 5.1.0: May 1996
BSS - Base Station System
BSC - Base Station Controller
BTS - Base Transceiver Station
PLMN INTERFACES
The implementation of the mobile service with international roaming implies the exchange of data
between the equipments involved in the service. The same No.7 signalling network should be used
to transfer these data and the call-related signalling information. To transfer these data, the Mobile
Application Part will use the Transaction Capabilities. See TS GSM 09.02.
Interface between the MSC and Base Station System (A-interface)
The interface between the MSC and its BSS is specified in the 08-series of GSM Technical
Specifications.
The BSS-MSC interface is used to carry information concerning:
- BSS management;
- call handling;
- mobility management.
Interface between BSC and BTS (Abis-interface)
When the BSS consists of a Base Station Controller (BSC) and one or more Base Transceiver
Stations (BTS), this interface is used between the BSC and BTS to support the services offered to
the GSM users and subscribers.
The interface also allows control of the radio equipment and radio frequency allocation in the BTS.
The interface is specified in the 08.5x-series of GSM Technical Specifications.
5.4 Interface between the MSC and its associated VLR (B-interface)
The VLR is the location and management data base for the mobile subscribers roaming in the area
controlled by the associated MSC(s). Whenever the MSC needs data related to a given mobile
station currently located in its area, it interrogates the VLR. When a mobile station initiates a location
updating
procedure with an MSC, the MSC informs its VLR which stores the relevant information. This
procedure occurs whenever an MS roams to another location area. Also, when a subscriber
activates a specific supplementary service or modifies some data attached to a service, the MSC
informs (via the VLR) the HLR which stores these modifications and updates the VLR if required.
Interface between the HLR and the MSC (C-interface)
The Gateway MSC must interrogate the HLR of the required subscriber to obtain routing information
for a call or a short message directed to that subscriber.
Interface between the HLR and the VLR (D-interface)
This interface is used to exchange the data related to the location of the mobile station and to the
management of the subscriber. The main service provided to the mobile subscriber is the capability
to set up or to receive calls within the whole service area. To support this, the location registers have
to exchange data. The VLR informs the HLR of the location of a mobile station managed by the latter
and provides it (either at location updating or at call set-up) with the roaming number of that station.
The HLR sends to the VLR all the data needed to support the service to the mobile subscriber. The
HLR then instructs the previous VLR to cancel the location registration of this subscriber. Exchanges
of data may occur when the mobile subscriber requires a particular service, when he wants to
change some data attached to his subscription or when some parameters of the subscription are
modified by administrative means.
Interface between MSCs (E-interface)
When a mobile station moves from one MSC area to another during a call, a handover procedure
has to be performed in order to continue the communication. For that purpose the MSCs have to
exchange data to initiate and then to realise the operation.
After the handover operation has been completed, the MSCs will exchange information to transfer
A-interface signalling as necessary.
When a short message is to be transferred between a Mobile Station and Short Message Service
Centre (SC), in either direction, this interface is used to transfer the message between the MSC
serving the Mobile Station and the MSC which acts as the interface to the SC.
Interface between MSC and EIR (F-interface)
This interface is used between MSC and EIR to exchange data, in order that the EIR can verify the
status of the IMEI retrieved from the Mobile Station.
Interface between VLRs (G-interface)
When a mobile subscriber moves from a VLR area to another Location Registration procedure will
happen. This procedure may include the retrieval of the IMSI and authentication parameters from the
old VLR.
Interface between HLR and AuC (H-Interface)
When an HLR receives a request for authentication and ciphering data for a Mobile Subscriber and it
does not hold the requested data, the HLR requests the data from the AuC. The protocol used to
transfer the data over this interface is not standardized.
Interface between Mobile Station and Base Station System (Um-interface)
The interface between the MS and the BSS is specified in the 04- and 05-series of GSM Technical
Specifications.
Interface between the MSC and its associated GCR (I-interface)
The GCR is the management data base for the voice group or broadcast calls in the area controlled
by the associated MSC(s). Whenever the MSC needs data related to a requested voice group or
broadcast call it interrogates the GCR to obtain the respective voice group or broadcast call
attributes. The protocol used to transfer the data over this interface is not standardized.
Interface between the fixed networks and the MSC
The MSC is based on a normal ISDN exchange. It has, for call control, the same interface as the
fixed network exchanges. The signalling interface considered in the GSM Technical Specifications is
related to the signalling system No. 7 User Parts TUP and ISUP associated to the circuits used for
incoming and outgoing calls.
The interfaces with fixed networks, including dedicated networks, are described in the 09-series of
GSM Technical Specifications.
GSM – MULTIPLAZIONE E STRUTTURA DELLA TRAMA
Il GSM utilizza la tecnica FDMA-TDMA:
La banda assegnata a ciascun operatore è suddivisa in sottobande di 200 kHz. Ad ogni
sottobanda associato un numero di canale, detto ARFCN (Absolute Radio Frequency Channel
Number) che la identifica in modo univoco.
Inoltre l’asse dei tempi è organizzato in trame della durata di 4,615 ms. Ogni trama è suddivisa
in 8 intervalli temporali (time slot) della durata di 0.577 ms l’uno.
Il time slot k-esimo di ogni trama della i-esima portante costituisce un canale, in tutto (nei 25
MHz) sono 992.
[25 MHz – 200 kHz (di guardia)]/ 200 kHz = 124 portanti
124 x 8 = 992 canali
Un canale fisico è quindi definito da una sequenza di trame TDMA, da un numero di time slot (TN =
Time slot Number) e da una sequenza di frequenze secondo l’algoritmo del Frequency hopping
(algoritmo noto sia alla BS che alla MS utilizzato per ovviare agli effetti delle interferenze e del fading
mediante il passaggio da un canale all’altro secondo un dato schema).
HYPERFRAMES, SUPERFRAMES AND MULTIFRAMES
The longest recurrent time period of the structure is called hyperframe and has a duration of 3 h
28 mn 53 s 760 ms (or 12 533,76 s).
The TDMA frames are numbered modulo this hyperframe (TDMA frame number, or FN, from 0
to 2 715 647). This long period is needed to support cryptographic mechanisms defined in GSM
03.20.
One hyperframe is subdivided in 2 048 superframes which have a duration of 6,12 seconds.
The superframe is the least common multiple of the time frame structures.
The superframe is itself subdivided in multiframes;
four types of multiframes exist in the system:
o a 26- multiframe (51 per superframe) with a duration of 120 ms, comprising 26 TDMA
frames. This multiframe is used to carry TCH (and SACCH/T) and FACCH;
o a 51- multiframe (26 per superframe) with a duration of 235,4 ms (3 060/13 ms),
comprising 51 TDMA frames. This multiframe is used to carry BCCH, CCCH (NCH,
AGCH, PCH and RACH) and SDCCH (and SACCH/C), or PBCCH and PCCCH.
o a 52-multiframe (25,5 per superframe) with a duration of 240 ms, comprising 52 TDMA
frames. This multiframe is used to carry PBCCH, PCCCH (PNCH, PAGCH, PPCH and
PRACH), PACCH, PDTCH, and PTCCH. The 52-multiframe is not shown in Figure 1, but
can be seen as two 26-multiframes, with TDMA frames numbered from 0 to 51. For
Compact, this 52-multiframe (51 per superframe) is used to carry CFCCH, CSCH,
CPBCCH, CPCCCH (CPNCH, CPAGCH, CPPCH, and CPRACH), PACCH, PDTCH, and
PTCCH.
o a 52-multiframe (25.5 per superframe) for CTS, with a duration of 240 ms, comprising 52
TDMA frames. This multiframe is used to carry CTSCCH (CTSBCH, CTSPCH, CTSARCH
and CTSAGCH). The 52-multiframe for CTS is shown in Figure 2b.
A TDMA frame, comprising eight time slots has a duration of 4,62 ms
TIME SLOTS AND BURSTS
The time slot is a time interval of 0.576,9 µs (15/26 ms), that is 156,25 symbol1 durations, and
its physical content is called a burst.
Four different types of bursts exist in the system.
o normal burst (NB)
o frequency correction burst (FB)
o synchronization burst (SB)
o access burst (AB)
NORMAL BURST (NB):
this burst is used to carry information on traffic and control channels, except for RACH, PRACH,
and CPRACH.
It contains 116 encrypted symbol and includes a guard time of 8,25 symbol durations (30,46
µs).
TB3
ENCRYPTED BITS58
TRAINING SEQUENCE
26
ENCRYPTED BITS58
TB3
GP8,25
TB: tail bits
GP: Guard Period
FREQUENCY CORRECTION BURST (FB):
this burst is used for frequency synchronization of the mobile.
It is equivalent to an unmodulated carrier, shifted in frequency, with the same guard time as the
normal burst.
It is broadcast together with the BCCH.
The repetition of FBs is also named frequency correction channel (FCCH).
For Compact, FB is broadcast together with the CPBCCH and the repetition of FBs is also
named Compact frequency correction channel (CFCCH). In CTS, the frequency correction burst
is broadcast in the CTSBCH-FB channel; 1 One symbol is either one or three bits depending on
the modulation used: GMSK or 8PSK.
TB3
FIXED BITS142
TB3
GP8,25
TB: tail bits
GP: Guard Period
SYNCHRONIZATION BURST (SB):
this burst is used for time synchronization of the mobile.
It contains a long training sequence and carries the information of the TDMA frame number
(FN) and base station identity code (BSIC, see GSM 03.03).
It is broadcast together with the frequency correction burst. The repetition of synchronization
bursts is also named synchronization channel (SCH).
For Compact, the repetition of synchronization bursts is also named Compact synchronization
channel (CSCH). In CTS, the synchronization burst is used for the CTSBCH-SB and the
CTSARCH, and it carries different information depending on the channel using it.
TB3
ENCRYPTED BITS39
TRAINING SEQUENCE
64
ENCRYPTED BITS39
TB3
GP8,25
TB: tail bits
GP: Guard Period
ACCESS BURST (AB):
this burst is used for random access and is characterized by a longer guard period (68,25 bit
durations or 252 µs) to cater for burst transmission from a mobile which does not know the
timing advance at the first access (or after handover).
This allows for a distance of 35 km. In exceptional cases of cell radii larger than 35 km, some
possible measures are described in GSM 03.30.
The access burst is used in the (P)RACH and CPRACH, after handover, on the uplink of a
channel used for a voice group call in order to request the use of that uplink, as well as on the
uplink of the PTCCH to allow estimation of the timing advance for MS in packet transfer mode.
TB3
SYNCHRONIZATION SEQUENCE
41
ENCRYPTED BITS36
TB3
GP68,25
TB: tail bits
GP: Guard Period
CANALE FONIA (FULL RATE): CODIFICA DI CANALE
Al segnale vocale è applicata una codifica di sorgente con riduzione di ridondanza soggettiva che
produce un flusso con ritmo costante pari a 13 Kbit/s.
Il flusso prodotto dal codificatore è suddiviso in segmenti di 260 bit (corrispondenti alla codifica di un
brano relativo ad un intervallo di 20 ms) suddivisi in 2 classi:
classe 1 composta da 182 bit
classe 2 composta da 78 bit
1. I primi 50 bit di classe 1 (classe 1a) sono protetti con tre bit di parità ottenuti tramite un codice
ciclico degenere (53,50,2) definito dal polinomio generatore
g(D) = D3 + D + 1
La codifica (forma sistematica) è descritta in GF(2) dal polinomio
d(0)D52 + d(1)D51 +... + d(49)D3 + p(0)D2 + p(1)D+ p(2)
in cui p(0), p(1), p(2) sono i bit di parità che soddisfano la condizione che il resto della
divisione tra il precedente polinomio e g(D) è pari a:
1 + D + D2
2. I primi 50 bit di classe 1 (classe 1a), i 3 bit di parità, i rimanenti 132 bit di classe 1, ed i 4 bit
impiegati di coda del codificatore convoluzionale sono riordinati come segue
o u(k) = d(2k) e u(184-k) = d(2k+1) per k = 0,1,...,90
o u(91+k) = p(k) per k = 0,1,2
o u(k) = 0 per k = 185,186,187,188 (tail bits)
3. I 182 bit di classe 1 sono protetti con un codice convoluzione con tasso ½ definito dai polinomi
G0 = 1 + D3+ D4
G1 = 1 + D + D3+ D4
4. I rimanenti 78 bit di classe 2 sono accodati all’uscita del codificatore convoluzionale. Pertanto i
456 bit della sequenza codificata valgono
o c(2k) = u(k) + u(k-3) + u(k-4) per k = 0,1,...,188 (u(k) = 0 for k < 0)
o c(2k+1) = u(k) + u(k-1) + u(k-3) + u(k-4) per k = 0,1,...,188 (u(k) = 0 for k < 0)
o c(378+k) = d(182+k) per k = 0,1,....,77
NORMAL BURST: INTERLEAVING
Durata di un time-slot:
MODULATION FORMAT
The modulating bit rate is 1/T = 1 625/6 kbit/s (i.e. approximately 270,833 kbit/s).
Before the first bit of the bursts as defined in GSM 05.02 [3] enters the modulator, the
modulator has an internal state as if a modulating bit stream consisting of consecutive ones (di
= 1) had entered the differential encoder.
Also after the last bit of the time slot, the modulator has an internal state as if a modulating bit
stream consisting of consecutive ones (di = 1) had continued to enter the differential encoder.
These bits are called dummy bits and define the start and the stop of the active and the useful
part of the burst as illustrated in figure 1.
Codifica differenzialeAl flusso binario da trasmettere è applicata una codifica differenziale
GPRS: CARATTERISTICHE DEL SERVIZIO
Il sistema GPRS permette ad un utente di trasmettere e ricevere dati a pacchetto senza
utilizzare risorse di rete in modalità a circuito. Quindi la trasmissione dati a pacchetto
sfrutta sia sull'interfaccia di accesso radio U sia su quella G all'interno della core network.
I servizi e le modalità di trasferimento che sono state standardizzate hanno lo scopo di
adattarsi a traffici dati che hanno le seguenti caratteristiche.
Traffici intermittenti o non periodici in cui il tempo fra due trasmissioni consecutive sia
maggiore del ritardo di trasferimento medio end to end.
Frequenti trasmissioni di piccoli volumi di dati: trasmissioni di meno di 500 ottetti con
numerose trasmissioni al minuto.
Trasmissioni non frequenti di grandi volumi di dati; esempio di questo tipo di traffico
può essere un trasferimento di alcuni kbyte di dati con una frequenza di alcune richieste
per ora.
SERVIZI PORTANTI
All'interno del sistema GPRS sono state definite due tipologie di servizi:
Punto-punto:Servizi di reperimento di informazioni su database remoti (es. WWW).
Servizi di messaggistica per la comunicazione attraverso unità di memorizzazione (es.
E-mail service).
Servizi che prevedono una comunicazione con trasferimento dati bi-direzionale in
tempo reale (es. Telnet).
Servizi caratterizzati dal trasferimento di piccole quantità di dati (es. validazione di carte
di credito, monitoraggio di un sistema remoto).
Punto-multipunto:Servizi di distribuzione da un punto centralizzato all'interno della rete verso destinatari
sparsi sul terriorio (es. trasmissione di informazioni meteo o di traffico automobilistico).
Servizi di conferenza che consentono il trasferimento in tempo reale ed in modalità
multidirezionale di dati fra utenti sparsi sul territorio.
Per utilizzare i servizi forniti dall'architettura GPRS è previsto che l'utente registri
l'attivazione del servizio mediante sottoscrizione esplicita e che identifichi il tipo di servizio
richiesto mediante un profilo che definisce la qualità del servizio che deve essere
garantita. I parametri necessari all'identificazione del profilo sono parte integrante del
contratto e vengono successivamente mappati sulle connessioni fra gli elementi logici
all'interno del sistema. Visto che lo scenario di mobilità degli utenti cambia le condizioni
radio su cui opera un servizio (copertura, interferenza, ecc.) i parametri si riferiscono a
condizione di copertura "accettabile" (senza entrare nel merito di tale definizione) e di
carico normale della rete. In caso di congestione, tali parametri sono indicativi e la rete è
tenuta solo a garantire la priorità fra i vari servizi.
QUALITÀ DEL SERVIZIO (QOS)
Il GPRS prevede esplicitamente servizi con Qualità del Servizio (QoS) definita sulla base
dei seguenti indicatori:
Priorità
Affidabilità
Ritardo
Capacità
SERVICE PRECEDENCE (PRIORITÀ)
Indica il livello di priorità relativa dei vari servizi in caso di funzionamento anomalo del
sistema. Queste classi non vengono prese in considerazione nel caso in cui vi siano
risorse sufficienti a servire tutti i flussi dati con gli attributi richiesti in fase di connessione
o di sottoscrizione del contratto. Le classi di priorità previste dallo standard sono tre :
Precedenza alta: in caso di congestione, i servizi appartenenti a questa classe devono
avere la precedenza sui servizi di ogni altra classe. Si realizza un meccanismo a priorità
in cui questa classe deve essere servita a discapito di ogni altra.
Precedenza normale: mantiene le stesse caratteristiche della classe a precedenza
alta ma soltanto nei confronti delle classi inferiori.
Precedenza bassa: è servita soltanto in assenza di traffico appartenente alle altre
classi.
CLASSI DI RITARDO (DELAY CLASS)
Nel caso di servizi interattivi sono stati definiti i ritardi massimi che la rete deve garantire
al flusso di informazioni transitante all'interno del sistema GPRS. Le classi sono definite
in termini di valore medio ed 95o percentile del ritardo nel flusso di informazioni all'interno
della rete GPRS ed includono il ritardo di accesso alla rete in uplink ed il ritardo di
pianificazione in downlink. Ad entrambi i tipi di comunicazione va aggiunto il ritardo di
transito all'interno della rete GPRS fino all'inoltro del traffico sulle reti esterne. I punti di
riferimento su cui ci si basa per determinare i ritardi sono l'interfaccia R e l'interfaccia G
dell'architettura logica del sistema. La rete dovrà garantire sicuramente la classe best
effort, lasciando libertà ai gestori di adottare le altre tipologie.
CLASSI DI RITARDO (DELAY CLASS)
Classe di ritardo.
Pacchetto da128 byte Pacchetto da 1024 byte
Ritardo medio
95o percentile Ritardo medio
95o percentile
1 <0.5s <1.5s <2s <7s
2 <5s <25s < 15s <75s
3 <50s <250s <75s <375s
4 Best effort Best effort Best effort Best effort
RELIABILITY (CLASSE DI AFFIDABILITÀ)
La reliability class (classe di affidabilità) indica le caratteristiche trasmissive che
un'applicazione richiede ai livelli sottostanti.
Classe
Probabilità per
Pacchetto persoPacchetto duplicato
Pacchetto fuori sequenza
Pacchetto con errori
1 <10-9 <10-9 <10-9 <10-9
2 <10-4 <10-5 <10-5 <10-6
3 <10-2 <10-5 <10-5 <10-2
THROUGHPUT CLASS
La throughput class è un parametro che dovrebbe fornire un'indicazione quantitativa della
banda richiesta per il trasferimento dei dati di utente.
I parametri di throughput che possono essere specificati si riferiscono al comportamento
medio e di picco della comunicazione.
Il parametro Peak Throughput class è particolarmente importante in quanto viene
utilizzato a livello MAC. Tale parametro è scambiato tra BTS e MS in fase di
instaurazione della comunicazione e può essere utilizzato per allocare le risorse
trasmissive.
In base a questi parametri, negoziati al momento della sottoscrizione del servizio o in
fase di instaurazione del collegamento, il terminale mobile ottiene una assegnazione
delle risorse radio ed una priorità che viene utilizzata per la gestione dei flussi informativi.
Le possibili priorità che possono essere assegnate a livello radio sono quattro e vengono
utilizzate in fase di instaurazione del collegamento. L'assegnazione delle risorse radio si
basa sulla peak throughput class e sulla capacità di ricezione e trasmissione del
terminale mobile. La scelta della priorità radio viene mappata sullo specifico flusso dati e
viene utilizzata in fase di pianificazione dei vari flussi all'interno della BTS.
GPRS -PACKET DOMAIN ACCESS INTERFACES
Each GPRS PLMN has two access points, the Um used for mobile access and the R reference point used for origination or reception of messages. An interface differs from a reference point in that an interface is defined where specific GPRS information is exchanged and needs to be fully recognised.There is an inter-GPRS PLMN interface called Gp that connects two independent GPRS networks for message exchange.
GPRS - ARCHITETTURA LOGICA
GPRS SUPPORT NODES
A GPRS Support Node (GSN) contains functionality required to support GPRS.
In one PLMN, there may be more than one GSN.
Gateway GPRS Support Node (GGSN):
o It is the node that is accessed by the packet data network due to evaluation of the PDP
address.
o It contains routeing information for attached GPRS users. The routeing information is
used to tunnel N-PDUs to the MS's current point of attachment, i.e., the Serving GPRS
Support Node.
o The GGSN may request location information from the HLR via the optional Gc
interface.
o The GGSN is the first point of PDN interconnection with a GSM PLMN supporting
GPRS (i.e., the Gi reference point is supported by the GGSN).
Serving GPRS Support Node (SGSN)
o It is the node that is serving the MS (i.e., the Gb interface is supported by the SGSN).
o At GPRS attach, the SGSN establishes a mobility management context containing
information pertaining to e.g., mobility and security for the MS.
o At PDP Context Activation, the SGSN establishes a PDP context, to be used for
routeing purposes, with the GGSN that the GPRS subscriber will be using.
o The SGSN and GGSN functionalities may be combined in the same physical node, or
they may reside in different physical nodes.
o SGSN and GGSN contain IP routeing functionality, and they may be interconnected
with IP routers.
o When SGSN and GGSN are in different PLMNs, they are interconnected via the Gp
interface. The Gp interface provides the functionality of the Gn interface, plus security
functionality required for inter-PLMN communication. The security functionality is based
on mutual agreements between operators.
o The SGSN may send location information to the MSC/VLR via the optional Gs
interface.
o The SGSN may receive paging requests from the MSC/VLR via the Gs interface.
GPRS - PLMN BACKBONE NETWORKS
o There are two kinds of GPRS backbone networks:
o intra-PLMN backbone network
o inter-PLMN backbone network.
o The intra-PLMN backbone network is the IP network interconnecting GSNs within the
same PLMN.
o The inter-PLMN backbone network is the IP network interconnecting GSNs and intra-
PLMN backbone networks in different PLMNs.
o Every intra-PLMN backbone network is a private IP network intended for GPRS data
and GPRS signalling only.
o A private IP network is an IP network to which some access control mechanism is
applied in order to achieve a required level of security.
o Two intra-PLMN backbone networks are connected via the Gp interface using Border
Gateways (BGs) and an inter-PLMN backbone network. The inter-PLMN backbone
network is selected by a roaming agreement that includes the BG security functionality.
o The inter-PLMN backbone can be a Packet Data Network, e.g., the public Internet or a
leased line.
USER PLANE (GSM ONLY)
GTP-UGPRS Tunnelling
Tutte le PDP PDU sono incapsulate tramite il GPRS Tunnelling Protocol.
Protocol for the user plane UDP trasporta PDU GTP IP basato inizialmente su IP v.4
a regime dovrà essere usato IP v.6SNDCPSubnetwork Dependent Convergence ProtocolLLCLogical Link Control
fornisce un collegamento logico affidabile e cifrato indipendente dallo strato radio sottostante per consentire
l'introduzione di soluzioni radio alternative con modifiche minimali
Relay Nel BSS rilancia PDU tra le interfacce Um e Gb. Nel SGSN rilancia PDP PDU tra le interfacce Gb e Gn
BSSGPBase Station System GPRS Protocol
convoglia informazioni di instradamento e QoS non effettua la correzione di errori
NSNetwork Service
Trasporta BSSGP PDU. si basa su connessioni del tipo Frame Relay tra BSS e SGSN
RLC/MAC Il Radio Link Control fornisce un collegamento affidabile dipenedente dalla soluzione radio Il Medium Access Control controlla la segnalazione per l'accesso
al mezzo radio e l'associazione tra trame LLC e canali fisiciUSER PLANE (UMTS ONLY)
PDCPPacket Data Convergence Protocol
This transmission functionality maps higher-level characteristics onto the characteristics of the underlying radio-interface protocols.
PDCP provides protocol transparency for higher-layer protocols.
PDCP supports e.g., IPv4, PPP, OSP, and IPv6. Introduction of new higher-layer protocols shall be
possible without any changes to the radio-interface protocols.
PDCP provides protocol control information compression.
INTESTAZIONE DEL PACCHETTO GTP
Bits
Ottetti 8 7 6 5 4 3 2 1
1 Versione PT Riserva (111) SNN
2 Tipo di messaggio
3-4 Lunghezza (esclusa l’intestazione)
5-6 Numero della sequenza
7-8 Etichetta di flusso
9 SNDCP N-PPDULLC
10 Riserva (11111111)
11 Riserva (11111111)
12 Riserva (11111111)
13-20 TID (Tunnel Identifier)
o PT (Protocol Type): 1-> GTP message, 0-> GTP' messageo SNN: indica se il numero SNDCP N-PDU è incluso o no o SNDCP N-PDU Number: usato per la procedura Inter SGSN Routeing Area Update per
coordinare la trasmissione dei dati tra MS e SGSN.
TUNNEL IDENTIFIER
CREAZIONE DEL CONTESTO PDP
A Create PDP Context Request shall be sent from a SGSN node to a GGSN node as a part of the
GPRS PDP Context Activation procedure.
The GGSN IP address where the SGSN sends the Create PDP Context Request is the first IP address
in the list of IP addresses provided by the DNS server.
After sending the Create PDP Context Request message, the SGSN marks the PDP context as 'waiting
for response'.
In this state the SGSN shall accept G-PDUs from the GGSN but shall not send these G-PDUs to the
MS.
A valid request initiates the creation of a tunnel between a PDP Context in a SGSN and a PDP Context
in a GGSN.
If the procedure is not successfully completed, the SGSN repeats the Create PDP Context Request
message to the next GGSN address in the list of IP addresses, if there is one.
If the list is exhausted the activation procedure fails.
The Flow Label Data I field specifies a downlink flow label for G-PDUs which is chosen by the SGSN.
The GGSN shall include this flow label in the GTP header of all subsequent downlink G-PDUs which
are related to the requested PDP context.
The Flow Label Signalling field specifies a downlink flow label for signalling messages which is chosen
by the SGSN. The GGSN shall include this flow label in the GTP header of all subsequent downlink
signalling messages which are related to the requested PDP context.
The MSISDN of the MS is passed to the GGSN inside the Create PDP Context Request; This
additional information can be used when a secure access to a remote application residing on a server
is needed.
The GGSN would be in fact able to provide the user identity (i. e. the MSISDN) to the remote
application server, providing it with the level of trust granted to users through successfully performing
the GPRS authentication procedures, without having to re-authenticate the user at the application level.
If the MS requests a dynamic PDP address and a dynamic PDP address is allowed, then the PDP
Address field in the End User Address information element shall be empty. If the MS requests a static
PDP Address then the PDP Address field in the End User Address information element shall contain
the static PDP Address. In case the PDP addresses carried in the End User Address and optionally in
the Protocol Configuration Option information element contain contradicting information, the PDP
address carried in the End User Address information element takes the higher precedence.
The Quality of Service Profile information element shall be the QoS values to be negotiated between
the MS and the SGSN at PDP Context activation.
The SGSN shall include an SGSN Address for signalling and an SGSN address for user traffic, which
may differ from that provided by the underlying network service (e.g. IP). The GGSN shall store these
SGSN Addresses and use them when sending signalling on this GTP tunnel or G-PDUs to the SGSN
for the MS.
The SGSN shall include a Recovery information element into the Create PDP Context Request if the
SGSN is in contact with the GGSN for the very first time or if the SGSN has restarted recently and the
new Restart Counter value has not yet been indicated to the GGSN. The GGSN that receives a
Recovery information element in the Create PDP Context Request message element shall handle it in
the same way as when receiving an Echo Response message.
The Create PDP Context Request message shall be considered as a valid activation request for the
PDP context included in the message.
The SGSN shall include either the MS provided Access Point Name (APN), a subscribed APN or an
SGSN selected APN in the message; the Access Point Name may be used by the GGSN to
differentiate accesses to different external networks.
The Selection Mode information element shall indicate the origin of the APN in the message.
The optional Protocol Configuration Options information element is applicable for the end user protocol
'IP' only.
The SGSN shall select one GGSN based on the user provided or SGSN selected APN. The GGSN
may have a logical name that is converted to an address. The conversion may be performed with any
name-to-address function. The converted address shall be stored in the "GGSN Address in Use" field
in the PDP context and be used during the entire lifetime of the PDP context.
The GGSN shall check if a PDP context already exists for the TID. The existing parameters in the PDP
context shall then be replaced with the parameters in the Create PDP Context Request message.
If a dynamic PDP address has already been allocated for the existing context, this address should be
used and copied to the Create PDP Context Response message.
If the GGSN uses the MNRG flag and the flag is set, the GGSN should treat the Create PDP Context
Request as a Note MS Present Request and clear the MNRG flag.
The optional Private Extension contains vendor or operator specific information.
SGSN: CONTESTO MM E PDP
Campo DescrizioneIMSI IMSI is the main reference key. MM State Mobility management state, IDLE, STANDBY, READY, PMM-
DETACHED, PMM-IDLE, or PMM-CONNECTED.P-TMSI Packet Temporary Mobile Subscriber Identity. P-TMSI Signature A signature used for identification checking purposes. IMEI International Mobile Equipment Identity MSISDN The basic MSISDN of the MS. Routeing Area Current routeing area. Cell Identity Current cell in READY state, last known cell in STANDBY or
IDLE state.Cell Identity Age Time elapsed since the last LLC PDU was received from the
MS at the SGSN.Service Area Code Last known SAC when initial UE message was received or
Location Reporting procedure was executed.Service Area Code Age Time elapsed since the last SAC was received at the 3G-
SGSN. VLR Number The VLR number of the MSC/VLR currently serving this MS. New SGSN Address The IP address of the new SGSN where buffered and not
sent N-PDUs should be forwarded to.
Campo DescrizioneAuthentication Triplets Authentication and ciphering parameters. Authentication Vectors Authentication and ciphering parameters for UMTS. Kc Currently used ciphering key. CKSN Ciphering key sequence number of Kc. Ciphering algorithm Selected ciphering algorithm. CK Currently used ciphering key. IK Currently used integrity key. KSI Key Set Identifier. XMS Radio Access Capability
MS radio access capabilities.
MS Network Capability MS network capabilities. DRX Parameters Discontinuous reception parameters. MNRG Indicates whether activity from the MS shall be reported to
the HLR.NGAF Indicates whether activity from the MS shall be reported to
the MSC/VLR.PPF Indicates whether paging for PS and CS services can be
initiated. Subscribed Charging Characteristics
The charging characteristics for the MS, e.g., normal, prepaid, flat-rate, and/or hot billing subscription.
Trace Reference Identifies a record or a collection of records for a particular trace.
Campo DescrizioneTrace Type Indicates the type of trace. Trigger Id Identifies the entity that initiated the trace. OMC Identity Identifies the OMC that shall receive the trace record(s). SMS Parameters SMS-related parameters, e.g., operator-determined barring. Recovery Indicates if HLR or VLR is performing database recovery. Radio Priority SMS The RLC/MAC radio priority level for uplink SMS
transmission. GPRS-CSI Optional GPRS CAMEL subscription informationEach MM context contains zero or more of the following PDP contexts:PDP Context Identifier Index of the PDP context. PDP State Packet data protocol state, INACTIVE or ACTIVE. PDP Type PDP type, e.g., PPP or IP. PDP Address PDP address, e.g., an IP address. APN Subscribed The APN received from the HLR. APN in Use The APN currently used. NSAPI Network layer Service Access Point Identifier. TI Transaction Identifier. TEID for Gn/Gp Tunnel Endpoint Identifier for the Gn and Gp interfaces. TEID for Iu Tunnel Endpoint Identifier for the Iu interface.
GGSN Address in Use The IP address of the GGSN currently used.
VPLMN Address Specifies whether the MS is allowed to use the APN in the
Campo DescrizioneAllowed domain of the HPLMN only, or additionally the APN in the
domain of the VPLMN.
QoS Profile Subscribed The quality of service profile subscribed
QoS Profile Requested
The
quality of service profile requested
QoS Profile Negotiated The quality of service profile negotiated.
Radio Priority The RLC/MAC radio priority level for uplink user data
transmission.
Packet Flow Id Packet flow identifier.
Aggregate BSS QoS Profile Negotiated
The aggregate BSS quality of service profile negotiated for thepacket flow that this PDP context belongs to.
Send N-PDU Number SNDCP sequence number of the next downlink N-PDU to be sentto the MS.
Receive N-PDU Number
SNDCP sequence number of the next uplink N-PDU expected
Campo Descrizionefrom the MS.
GTP-SND GTP-U sequence number of the next downlink N-PDU to be sentto the MS.
GTP-SNU GTP-U sequence number of the next uplink N-PDU to be sent tothe GGSN
PDCP-SND Sequence number of the next downlink in-sequence PDCP-PDUto be sent to the MS.
PDCP-SNU Sequence number of the next uplink in-sequence PDCP-PDU expected from the MS.
Charging Id Charging identifier identifies charging records generated bySGSN and GGSN.
RNC Address in Use The IP address of the RNC currently used.
PROCEDURA DI ATTACHMENT E DETACHMENT
Affinché una mobile station possa usare i servizi GPRS, deve registrarsi presso un SGSN
della rete GPRS. La rete controlla se l’utente sia autorizzato, copia il profilo utente
dall’HLR all’SGSN, ed assegna un packet temporary mobile subscriber identity (P-TMSI)
all’utente. Questa procedura è chiamata GPRS attach. Per la MS che usano sia i servizi a
commutazione di circuito che quelli a commutazione di pacchetto, è possibile avere una
procedura di attach combinata per GPRS e IMSI. La disconnessione da una rete GPRS è
chiamata GPRS detach.
Essa può essere iniziata sia dalla MS che dalla rete (SGSN o HLR).
GESTIONE DELLA SESSIONE, IL CONTESTO PDP
Per scambiare pacchetti con PDN esterne dopo un attach GPRS che ha avuto successo,
una mobile station deve rivolgersi a uno o più indirizzi usati nella PDN, per esempio un
indirizzo IP nel caso in cui la PDN sia una rete IP. Questo indirizzo è chiamato indirizzo
PDP (Packet Data Protocol). Per ogni sessione, viene creato un cosiddetto contesto
PDP, il quale descrive le caratteristiche della sessione. Esso contiene il tipo PDP (per
esempio Ipv4), l’indirizzo PDP assegnato alla mobile station (per esempio
129.223.123.45), la richiesta QoS, e l’indirizzo di un GGSN che serve come punto di
accesso alla PDN. Questo contesto è salvato nell’MS, nel SGSN e nel GGSN. Con un
contesto PDP attivo, la MS è visibile per la PDN esterna ed è in grado di mandare e
ricevere pacchetti. Il mappaggio dei due indirizzi, PDP e IMSI, abilita il GGSN a trasferire
pacchetti di dati tra la PDN e l’MS. Un utente può avere più contesti PDP simultanei in un
determinato tempo.
L’allocazione dell’indirizzo PDP può essere statica o dinamica. Nel primo caso,
l’operatore di rete della PLMN dell’utente assegna permanentemente un indirizzo PDP
all’utente. Nel secondo caso, un indirizzo PDP è assegnato all’utente su attivazione di un
contesto PDP. L’indirizzo PDP può essere assegnato dall’operatore della PLMN
dell’utente o dall’operatore della rete ospite. L’operatore di rete dell’utente decide quale
possibile alternativa usare. Nel caso di un’ assegnazione dinamica di un indirizzo PDP, il
GGSN è responsabile per l’allocazione dell’attivazione / disattivazione degli indirizzi PDP
.
ATTIVAZIONE DI UN CONTESTO PDP.
La figura precedente mostra la procedura di attivazione del contesto PDP. Usando il
messaggio “activate PDP context request”, l’MS informa l’SGSN circa in contesto PDP
richiesto.
Se è richiesta l’assegnazione dinamica dell’indirizzo PDP, il parametro dell’indirizzo PDP
verrà lasciato vuoto.
Inoltre, vengono eseguite le funzioni di sicurezza (per esempio l’autenticazione
dell’utente).
Se l’accesso è garantito l’SGSN manderà un messaggio “create PDP context request” al
relativo GGSN.
Quest’ ultimo creerà una nuova voce nella sua tabella del contesto PDP, la quale abilita il
GGSN a instradare i pacchetti di dati tra l’SGSN e una PDN esterna. Inoltre, il GGSN da
un messaggio di conferma “create PDP context response” all’SGSN, il quale contiene
l’indirizzo PDP nel caso in cui un allocazione dinamica dell’indirizzo sia stata richiesta.
L’SGSN aggiorna la sua tabella dei contesti PDP e conferma l’attivazione di un nuovo
contesto PDP all’MS (“activate PDP context accept”).
IL GPRS supporta anche l’attivazione di un contesto PDP anonimo. IN questo caso, le
funzioni di sicurezza mostrate nella figura soprastante vengono saltate, e pertanto,
l’utente (cioè l’IMSI) usando il contesto PDP rimane sconosciuto alla rete. L’attivazione di
un contesto anonimo può essere impiegata per i servizi prepagati, dove l’utente non
vuole essere identificato. Solo l’allocazione dinamica degli indirizzi è possibile in questo
caso.
ISTRADAMENTO
La figura mostra un esempio di come i pacchetti sono instradati nel GPRS. Si assume
che la rete a pacchetto di una rete IP. Una MS GPRS che si trova in PLMN1 manda
pacchetti IP ad un host connesso alla rete IP, per esempio ad un web server connesso
ad internet. L’SGSN a cui la MS è registrata incapsula i pacchetti IP che provengono
dalla MS, esamina il contesto PDP, ed li instrada attraverso il backbone GPRS intra-
PLMN al GGSN appropriato. Il GGSN estrae i pacchetti e li manda sulla rete IP, dove i
meccanismi di istradamento IP sono usati per trasferire i pacchetti al router di accesso
della rete di destinazione. Quest’ ultimo manda i pacchetti IP all’host.
Si assuma che la PLMN della MS sia PLMN2. Pertanto, l’indirizzo IP ha lo stesso prefisso
di rete che ha l’indirizzo IP del GGSN di PLMN2. L’host corrispondente sta ora mandando
dei pacchetti IP all’MS. I pacchetti sono mandati sono mandati fuori alla rete IP ed
instradati al GGSN di PLMN2(il GGSN dell’MS). Quest’ ultimo interroga l’HLR ed ottiene
le informazione che l’MS si trovi in quel momento in PLMN1. Esso incapsula i pacchetti IP
entranti e crea un tunnel per questi attraverso il backbone inter-PLMN del GPRS
all’SGSN appropriato di PLMN1. L’SGSN decapsula i pacchetti e li manda all’MS.
LOCATION MANAGEMENT
Modello a stati per una MS GPRS.
L’obbiettivo principale del location management è tenere traccia dell’ubicazione corrente
dell’utente, cosicché i pacchetti in arrivo possano essere instradati all’MS.
Per questo motivo, l’MS manda frequentemente messaggi di aggiornamento della
collocazione al proprio SGSN.
Se l’MS mandasse di rado gli aggiornamenti della sua collocazione, quest’ ultima (per
esempio la cella corrente) non sarebbe esattamente nota e darebbe necessario il paging
per ogni pacchetto in ricezione, con il risultato di avere un significativo ritardo nel
trasporto dei pacchetti stessi.
D’altra parte, se gli aggiornamenti sulla locazione avvengono spesso, la locazione
dell’MS è ben nota alla rete, e i pacchetti possono essere consegnati senza ulteriori
ritardi dovuti al paging.
Ad ogni modo, in questo caso si impiegano la capacità radio in trasmissione e la batteria
del terminale.
Pertanto, una buona strategia di gestione della locazione deve essere un compromesso
tra questi due metodi estremi.
Per questa ragione il modello a stati mostrato nella figura di sopra è stato definito della
gestione della locazione in GPRS. UN MS può essere in uno di questi tre stati in base al
suo traffico corrente; la frequenza di aggiornamenti della locazione dipende dallo stato
dell’MS.
Nello stato di IDLE l’MS non è raggiungibile.
Eseguendo un GPRS attach, l’MS va nello stato di READY. Con un GPRS detach esso
può disconnettersi dalla rete e tornare nello stato di IDLE. Tutti i contesti PDP saranno
cancellati. Lo stato di STANDBY sarà raggiunto quando una MS non manda alcun
pacchetto per un lungo periodo di tempo, e quindi termina il timer di READY(che era
partito al GPRS attach). Nello stato di IDLE, non viene fatto nessun aggiornamento della
locazione, cioè, la locazione corrente dell’MS non è nota alla rete. Un MS in stato di
READY informa il suo SGSN di ogni movimento verso una nuova cella. Per la gestione
della locazione di un MS in STANDBY una location area (LA) del GSM è divisa in più
routing area (RA). In generale una RA consiste di più celle. L’SGSN sarà solo informato
quando una MS si sposterà in una nuova RA; i cambiamenti di cella saranno trasparenti.
Per trovare la cella corrente dell’MS nello stato di STANDBY, deve essere fatto il paging
dell’MS in una certa RA. Per gli MS in stato di READY, il paging non è necessario.
Aggiornamento di una routing area intra-SGSN
Quando un MS si muove verso una nuova RA, esso manda un “routing area update
request” al suo SGSN assegnato. IL messaggio contiene la routing area identity (RAI)
della sua vecchia RA. La BSS aggiunge un cell identifier (CI) della nuova cella, da cui
l’SGSN può derivare il nuovo RAI. Sono possibili due differenti scenari:
•L’aggiornamento della RA intra-SGSN:l’MS si è spostato verso una RA assegnata allo
stesso SGSN di quella vecchia. IN questo caso, l’SGSN ha già salvato il profilo utente
necessario e può assegnare un nuovo new packet temporary mobile subscriber identity
(P-TMSI) all’utente (“routing area update accept”). Dal momento che il contesto di
instradamento non cambia, non c’ è bisogno di informare altri elementi di rete, come il
GGSN l’HLR.
•L’aggiornamento della RA inter-SGSN:la nuova RA è amministrata da un differente
SGSN rispetto a quello della vecchia. IL nuovo SGSN realizza che l’MS ha cambiato la
sua area e richiede al vecchio SGSN di mandare il contesto PDP all’utente. Dopodiché, il
nuovo SGSN informa i GGSN relativi circa in nuovo contesto di instradamento dell’utente.
Inoltre, l’HLR , se necessario, l’MSC/VLR vengono informati del nuovo SGSN dell’utente.
Ci sono inoltre degli aggiormnamenti combinati per RA e LA. Questi avvengono quando
un MS che usa contemporaneamente il GPRS e il GSM si sposta verso una nuova LA.
L’MS manda un “routing area update request” all’SGSN. IL parametro “update type” è
usato per indicare che è necessario un aggiornamento di LA. IL messaggio viene quindi
inoltrato al VLR, che fa un aggiornamento di LA.
Per riassumere la gestione della mobilità per il GPRS consiste di due livelli: la gestione
della micromobilità che tiene traccia della corrente RA o della cella della MS. Viene fatta
dall’SGSN. La gestione della macromobilità tiene traccia dell’SGSN corrente della MS e
salva le informazioni relative nell’HLR, VLR, GGSN.
Una cella che supporta il GPRS può allocare I canali fisici per il traffico GPRS. Un tale
canale fisico è contraddistinto come un packet data channel (PDCH). I PDCH sono presi
dall’insieme comune di tutti i canali disponibili nella cella. Pertanto, le risorse radio di una
cella sono condivise da tutti i gli utenti GPRS e non che si trovavano in quella cella. Il
mappaggio dei canali fisici con i servizi a commutazione di pacchetto o di circuito può
essere fatta dinamicamente in base al traffico, alla priorità. Una procedura di supervisione
del carico monitorizza il carico di PDCH nella cella. In base alla domanda corrente, il
numero di canali allocati per il GPRS può essere cambiato. I canali fisici non
correntemente in uso dal GSM possono essere allocati come PDCH per incrementare la
qualità del servizio. Quando c’è una domanda di risorse per servizi con alta priorità, i
pdch possono essere deallocati.
GSM - GPRS: STRUTTURA DEL RADIO BLOCK
Temporary Block FlowA Temporary Block Flow (TBF) is a physical connection used by the two RR entities to support the unidirectional transfer of LLC PDUs on packet data physical channels. The TBF is allocated radio resource on one or more PDCHs and comprise a number of RLC/MAC blocks carrying one or more LLC PDUs. A TBF is temporary and is maintained only for the duration of the data transfer.
Temporary Flow IdentityEach TBF is assigned a Temporary Flow Identity (TFI) by the network. The assigned TFI is unique among concurrent TBFs in each directions and is used instead of the MS identity in the RLC/MAC layer. The same TFI value may be used concurrently for TBFs in opposite directions. The TFI is assigned in a resource assignment message that precedes the transfer of LLC frames belonging to one TBF to/from the MS. The same TFI is included in every RLC header belonging to a particular TBF as well as in the control messages associated to the LLC frame transfer (e.g. acknowledgements) in order to address the peer RLC entities.
Mobile Originated Packet Transfer
An MS initiates a packet transfer by making a Packet Channel Request on PRACH or RACH. The network responds on PAGCH or AGCH respectively. It is possible to use one or two phase packet access method (see Figure 23).In the one phase access, the Packet Channel Request is responded by the network with the Packet Uplink Assignment reserving the resources on PDCH(s) for uplink transfer of a number of Radio blocks. The reservation is done accordingly to the
information about the requested resources that is comprised in the Packet Channel Request. On RACH, there is only two cause values available for denoting GPRS, which can be used to request limited resources or two phase access. On PRACH, the Packet Channel Request may contain more adequate information about the requested resources and, consequently, uplink resources on one or several PDCHs can be assigned by using the Packet Uplink Assignment message.In the two phase access, the Packet Channel Request is responded with the Packet Uplink Assignment which reserves the uplink resources for transmitting the Packet Resource Request. A two phase access can be initiated by the network or a mobile station. The network can order the MS to send Packet Resource Request message by setting parameter in Packet Uplink Assignment message. Mobile station can require two phase access in Packet Channel Request message.In this case, the network may order MS to send Packet Resource Request or continue with a one phase access procedure.The Packet Resource Request message carries the complete description of the requested resources for the uplink transfer. The MS can indicate the medium access method, it prefers to be used during the TBF. The network responds with the Packet Uplink Assignment reserving resources for the uplink transfer and defining the
actual parameters for data transfer (e.g. medium access mode).If there is no response to the Packet Channel Request within predefined time period, the MS makes a retry after a random backoff time.On PRACH there is used a 2-step approach including a long-term and a short-term estimation of the persistence. The optimal persistence of the mobile stations is calculated at the network side.
Uplink Packet Transfer (Dynamic/Extended Dynamic allocation)The Packet Uplink Assignment message includes the list of PDCHs and the corresponding USF value per PDCH.A unique TFI is allocated and is thereafter included in each RLC Data and Control Block related to that Temporary BlockFlow. The MS monitors the USFs on the allocated PDCHs and transmits Radio blocks on those which currently bear the USF value reserved for the usage of the MS.If the resource assigned by the network in the case of extended dynamic allocation does not allow the multislot MS to monitor the USF on all the assigned PDCHs, the following rules shall apply:- Whenever the MS receives its USF on one downlink PDCH (e.g. on timeslot 0 while timeslots 0, 2 and 3 were assigned), it shall consider the corresponding uplink block and all subsequent ones from the list of assigned PDCHs as allocated (e.g. on 0, 2 and 3). Hence, if the network allocates a block to this MS on an assigned PDCH, it shall also allocate blocks to this MS on all subsequent PDCHs in the list. For each allocated block, the network shall set the USF to the vreserved for the usage of that MS. These rules apply on a block period basis.- During block periods where it is transmitting, the MS shall monitor the USF on
each PDCH in the list of assigned PDCHs, up to and including the first PDCH currently used for transmission. This rule applies on a block period basis. For example, if timeslots 0, 2 and 3 have been assigned and blocks are currently allocated on timeslots 2 and 3, then during this block period the MS monitors USF on timeslots 0 and 2. If the reserved value of USF is found on timeslot 0, then the next allocated blocks shall be on timeslots 0, 2 and 3. If the reservedvalue of USF is found on timeslot 2, then the next allocated blocks shall be on timeslots 2 and 3. And so on for the subsequent block periods. Because each Radio Block includes an identifier (TFI), all received Radio blocks are correctly associated with a particular LLC frame and a particular MS, thus making the protocol highly robust.By altering the state of USF, different PDCHs can be "opened" and "closed" dynamically for certain MSs thus providing a flexible reservation mechanism. Additionally, packets with higher priority and pending control messages can temporarily interrupt a data transmission from one MS.The channel reservation algorithm can also be implemented on assignment basis. This allows individual MSs to transmit a predetermined amount of time without interruptions.
The MS may be allowed to use the uplink resources as long as there is queued data on the RLC/MAC layer to be sent from the MS. It can comprise a number of LLC frames. In that sense the radio resources are assigned on the initially "unlimited" time basis. Alternatively, the uplink assignment for each assignment may be limited to a number of radio blocks (e.g. in order to offer more fair access to the medium at higher loads).
Release of the ResourcesThe release of the resources is normally initiated from the MS by counting down the last couple of blocks.
For the normal release of resources for RLC connection carrying a mobile originated packet transfer, the mechanism based on acknowledged final Packet Uplink Ack/Nack combined with timers is used.After the MS has sent its last RLC Data Block (indicated by the countdown field), the acknowledgement is expected from the network side. By sending the last block, the MS may no longer use the same assignment unless a negative acknowledgement arrives. It also means that the network side may reallocate the same USF(s) to some other user as soon as all the RLC Data Blocks belonging to that Temporary Block Flow are correctly received; that regardless of thepossible later errors in the acknowledgements. The next step, in the case of all RLC Data Blocks being correctly received, is that the network sends Packet Uplink Ack/Nack which is to be immediately acknowledged by the MS in the reserved uplink block period. It must be possible for the network not to use the mechanism of acknowledgement for Packet Ack/Nack in which case the release of the resources procedure relies only on timers. The TFI can be reused for another assignment either upon the reception of the acknowledgement for Packet Ack/Nack or after expiry of the guard timer.Further, the premature release or change of assignment for one MS can be initiated
by the network. In the case of release, the MS is ordered to interrupt the Temporary Block Flow. The MS shall then reorganise the uplink buffer and issue a new Packet Channel Request to continue the uplink transfer with the RLC Data Blocks containing untransferred (i.e. on the RLC/MAC layer unacknowledged) LLC frames. In the case of the change in assignment, the Packet Uplink Assignment or Packet Timeslot Reconfigure message is issued.
DIMENSIONAMENTO – SERVIZI A COMMUTAZIONE DI CIRCUITO
L’ intensità media di traffico offerto vale
essendo il valore atteso della durata di una connessione (effective call duration)
La frequenza media di traffico offerto vale
essendocall: busy hour call attempts
p: Coefficiente di penetrazione del servizio
u: densità degli utenti potenziali [utenti/km2]
CANALI DI TRAFFICO
In un sistema con accesso del tipo FDMA-TDMA il numero di portanti per settore può essere definito come segue
WTOT : banda totale disponibile,F : fattore di riutilizzo delle frequenze,WC : separazione tra le portantiWG: ampiezza della porzione di spettro che non può essere impiegata (ad es. poiché è
riservata a funzioni di guardia)
Il numero di canali di traffico utente per settore NCTS è quindi pari a:
NTS: Numero totale di time slots per portante TDMA, NC: numero di time slot per cella destinati alla segnalazione n: numero si time slot per trama necessari per il servizio in esame
(nel GSM n=1 per I servizi voce a full rate, 13 kbps, e n=0.5 per quelli ad half rate)
Modellando il sistema di servizio con una coda M/M/s, la probabilità di perdita può essere calcolata per mezzo della formula B di Erlang:
essendo
Pertanto l’intensità media di traffico smaltito vale
Infine, per l’intensità media di traffico smaltito per unità di superficie si ha
INFORMATION CAPACITY (IC).
Scenarioo Banda totale di 5.8 MHz allocate ad un operatore GSM comprese due bande di guardia
di 100 kHz.o Dimensione del cluster 3, con 3 settori per cella o
o Probabilità di perdita = 0.02
Quindi
In base alla formula di Erlang con 24 canali di traffico per settore il sistema è in grado di smaltire 15 Erlang di traffico offerto massimo con una probabilità di blocco del 2%.
Quindi
Ovvero
Quindi la massima dimensione della cella vale
DIMENSIONAMENTO - SERVIZI A COMMUTAZIONE DI PACCHETTO
Si definisce come Offered Bit Quantity (OBQ) la quantità:
essendo il ritmo binario medio associato all’i-esimo servizio e l'intensità media di traffico offerto
: effective call duration (valore atteso della durata di una connessione)
in cui la frequenza media di traffico offerto vale
essendocall: busy hour call attempts
p: Coefficiente di penetrazione del servizio
u: densità degli utenti potenziali [users/km2]
OFFERED BIT QUANTITY (OBQ)
Pertanto
CAPACITÀ DEL SISTEMA
Csys: Capacità del sistema (numero massimo di unità di lavoro, che la risorsa è in grado di
svolgere nell’unità di tempo)
essendoncel: numero di celle contenute nella zona d'interessebh: numero di bit trasportati in una cella per unità di banda nell'unità di tempoBsys:Banda disponibile del sistema radiomobile
In condizioni di equilibrio si ha
ovvero
CAPACITÀ DEL SISTEMA
Se si considera un singolo settore, indicati con F il fattore di riutilizzo delle frequenze (ovvero la
dimensione del cluster) e con Nsect il numero di settori in cui è suddivisa la cella si ha
Pertanto, nel caso di celle esagonali si ha:
ovvero ricordando che si ha
D’altro canto i vncoli precedenti possono essere reinterpretati come segue:
Ovvero posto
o cel: densità delle celle (numero di celle esagonali per unità di superficie)
o offered versus carried figure (OCF)
si ha
REQUISITI RELATIVI ALLA BANDA
Offered Bit Quantity
Cell area per environment
Spectral efficiency factor
Required Bandwidth
kbps/hour/km2
km2/cell
MHz
System capacitykbph/cellMHz
s: Spectral efficiency factor improvement of UMTS w.r.t. GSM
OPERATING ENVIRONMENTS AND EQUIVALENT USER DENSITIES
Area della singola cella
R: cell radiusS: number of sectors per a base.
Operational environments Density of potential users/km2
Cell Type Sectors per base
Cell radius (km) [2005]
Sectored Hexagon Cell Area (km2)[2005]
Cell radius (km) [2010]
Sectored Hexagon Cell Area (km2)[2010]
1.) CBD/Urban(in building) 180 000 Micro/pico 3 0.075 0.005 0.075 0.0052.) Suburban (in building or
on street)7 200 Macro 3 3 7.79 2.0 3.46
3.) Home (in building) 380 Pico 1 0.02 0.001 0.02 0.0014.) Urban (pedestrian) 108 000 Macro/micro 3 0.7 0.424 0.6 0.3125.) Urban (vehicular) 2 780 Macro/micro 3 0.7 0.424 0.6 0.3126.) Rural in- & out-door 36 Macro 3 8 55.43 8 55.4
S2
S1
S3R
S1, S2, S3 = SectorR = Radius
SERVICES AND PENETRATION
Table A3.D: Penetration Rate per Operating Environment and Service, Year 2005
Services CBD/Urban (in building)
Suburban (in building or on street)
Home (in building)
Urban (pedestrian)
Urban (vehicular)
Rural in- & out-door
High Interactive MM
0.01 0.005 0.005 0.005 0.005 0.005
High MM 0.05 0.047 0.047 0.047 0.047 0.047Medium MM 0.08 0.047 0.047 0.077 0.077 0.047Switched Data
0.10 0.10 0.10 0.10 0.10 0.10
Simple Messaging
0.25 0.25 0.25 0.25 0.25 0.25
Speech 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60
SERVICES AND PENETRATION
Table A3.E: Penetration Rate per Operating Environment and Service, Year 2010
Services CBD/Urban(in building)
Suburban (in building or on street)
Home (in building)
Urban (pedestrian)
Urban (vehicular)
Rural in- & out-door
High Interactive MM
0.050 0.053 0.053 0.053 0.053 0.053
High MM 0.180 0.180 0.180 0.180 0.180 0.180Medium MM 0.180 0.180 0.180 0.180 0.180 0.180Switched Data
0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100
Simple Messaging
0.400 0.400 0.400 0.400 0.400 0.400
Speech 0.750 0.750 0.750 0.750 0.750 0.750
EFFECTIVE CALL DURATION
Table A3.F: Effective Call Duration, Applicable to Both the Years 2005 and 2010
Services Occupancy Average call duration [s]
Effective call duration[s]
High Interactive MM 0.8 180 144
High MM 1 53.3 53.3
Medium MM 1 13.9 13.9
Switched Data 1 156 156
Simple Messaging 1 30 30
Speech 0.5 120 60
BUSY HOUR CALL ATTEMPTS (BHCA)
Table A3.G: Busy Hour Call Attempts for the Year 2005Services CBD/Urban(in
building)Suburban (in building or on street)
Home (in building)
Urban (pedestrian)
Urban (vehicular)
Rural in- & out-door
High Interactive MM
0,12 0,06 0,06 0,06 0,004 0,004
High MM 0,12 0,06 0,06 0,06 0,004 0,004Medium MM 0,12 0,06 0,06 0,06 0,004 0,004Switched Data 0,06 0,03 0,03 0,03 0,002 0,002Simple Messaging
0,06 0,03 0,03 0,03 0,002 0,002
Speech 1 0,13 0,13 0,6 0,6 0,5
Table A3.H: Busy Hour Call Attempts for the Year 2010
Services CBD/Urban(in building)
Suburban (in building or on street)
Home (in building)
Urban (pedestrian)
Urban (vehicular)
Rural in- & out-door
High Interactive MM
0,24 0,12 0,12 0,12 0,008 0,008
High MM 0,12 0,12 0,12 0,06 0,008 0,008Medium MM 0,12 0,12 0,12 0,06 0,008 0,008Switched Data 0,06 0,03 0,03 0,03 0,002 0,002Simple Messaging
0,06 0,03 0,03 0,03 0,002 0,002
Speech 1 0,13 0,13 0,85 0,85 0,5
SERVICE BANDWIDTH
Table A3.I: Service Bandwidth, for the Years 2005 and 2010.
Services Throughput kbps
Coding factor
UL factor DL factor UL Service bandwidth [kbps]
DL Service bandwidth [kbps]
Blockingfactor
High Interactive MM
128 2 1 1 256 256 0,02
High MM 2000 2 0.005 1 20 4000 -Medium MM 384 2 0.026 1 20 768 -Switched Data
14 3 1 1 43 43 0,02
Simple Messaging
14 2 1 1 28 28 -
Speech 16 1.75 1 1 28 28 0,02
OBQ (2005)
OBQ after the circuit switched services have been adjusted for blocking according to Erlang B formula.Table A3.N: OBQ UL (kbit/h/km2) after Adjustment for Blocking, Year 2005.Services CBD/
Urban(in building)
Suburban (in building or on street)
Home (in building)
Urban (pedestrian)
Urban (vehicular)
Rural in- & out-door
High Interactive MM
3.78108 4.73105 5.37103 8.69106 2.17106 1.66104
High MM 1.38106 2.62104 1.38103 3.93105 6.75102 8.62Medium MM 5.75105 6.82103 3.60102 1.67105 2.86102 2.24Switched Data 9.58107 2.99105 9.22103 4.76106 3.66105 5.61103
Simple Messaging
2.76106 5.53104 2.92103 8.29105 1.42103 1.82101
Speech 3.52108 1.29106 5.98104 8.20107 3.56106 3.46104
Table A3.O: OBQ DL (kbit/h/km2) after Adjustment for Blocking, Year 2005.Services CBD/
Urban(in building)
Suburban (in building or on street)
Home (in building)
Urban (pedestrian)
Urban (vehicular)
Rural in- & out-door
High Interactive MM
3.78108 4.73105 5.37103 8.69106 2.17106 1.66104
High MM 2.76108 5.24106 2.77105 7.86107 1.35105 1.72103
Medium MM 2.21107 2.62105 1.38104 6.42106 1.10104 8.62101
Switched Data 9.58107 2.99105 9.22103 4.76106 3.66105 5.61103
Simple Messaging
2.76106 5.53104 2.92103 8.29105 1.42103 1.82101
Speech 3.52108 1.29106 5.98104 8.20107 3.56106 3.46104
OBQ (2010)
Table A3.P: OBQ UL (kbit/h/km2) after Adjustment for Blocking, Year 2010.
Services CBD/Urban(in building)
Suburban (in building or on street)
Home (in building)
Urban (pedestrian)
Urban (vehicular)
Rural in- & out-door
High Interactive MM
5.68x108 3.72x106 1.07x105 5.03x107 2.96x106 3.33x104
High MM 4.98x106 1.99x105 1.05x104 1.49x106 9.12x103 6.54x101
Medium MM 1.31x106 5.26x104 2.27x103 3.94x105 1.35x103 1.73x101
Switched Data 9.58x107 4.04x105 9.22x103 5.49x106 4.99x105 5.61´x103
Simple Messaging
4.42x106 8.85x104 4.67x103 1.33x106 2.28x103 2.91x101
Speech 4.14x108 1.68x106 7.47x104 1.44x108 5.82x106 4.00x104
Table A3.Q: OBQ DL (kbit/h/km2) after adjustment for blocking, year 2010.
Services CBD/Urban(in building)
Suburban (in building or on street)
Home (in building)
Urban (pedestrian)
Urban (vehicular)
Rural in- & out-door
High Interactive MM
5.68108 3.72106 1.07105 5.03107 2.96106 3.33104
High MM 9.95108 3.98107 2.10106 2.99108 1.02106 1.31104
Medium MM 4.98107 1.99106 1.05105 1.49107 5.12104 6.54102
Switched Data 9.58107 4.04105 9.22103 5.49106 4.99105 5.61103
Simple Messaging
4.42106 8.85104 4.67103 1.33106 2.28103 2.91101
Speech 4.14108 1.72106 7.47104 1.44108 5.82106 4.00104
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