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GSMGSM

Commutazione a circuito

Trasmissione dati fino a 9.6 Kbit/s

Telefonia sia full rate (13 kbit/s), Telefonia sia full rate (13 kbit/s),

sia half rate (6.5 kbit/s)

Messaggi brevi (SMS)

Architettura del GSMArchitettura del GSM

PLMN

il terminale di propriet dellutente

il terminale di propriet dellutente

Terminale Mobile (Mobile Station MS)Terminale Mobile (Mobile Station MS)

Si occupa della codifica vocaleSi occupa della codifica vocale

Modulo di IdentificazioneUtente (Subscriber Identity Module SIM)

Modulo di IdentificazioneUtente (Subscriber Identity Module SIM)

++ ==

MTMT SIMSIM

++ ==

MS(Mobile Station)

MS(Mobile Station)

Base Station (BS)

Base Tranceiver Station (BTS) Interfaccia fisica che si occupa della

Stazione Radio BaseStazione Radio Base

Interfaccia fisica che si occupa della rice-trasmissione

Base Station Controller (BSC)Controllo delle risorse

sullinterfaccia radio


Base Tranceiver Station - BTSBase Tranceiver Station - BTS

Ciascuna BTS pu avere da 1 a 16 interfacce radio, corrispondenti a Ciascuna BTS pu avere da 1 a 16 interfacce radio, corrispondenti a interfacce radio, corrispondenti a

canali diversi in FDMinterfacce radio, corrispondenti a

canali diversi in FDM

Ciascuna interfaccia radio corrisponde a 8 canali TDM Ciascuna interfaccia radio corrisponde a 8 canali TDM



Effettua la codifica di canale (Channel Coding Unit CCU) e la cifratura

Effettua la codifica di canale (Channel Coding Unit CCU) e la cifratura

Modula / demodula i segnaliModula / demodula i segnali

Realizza il frequency hoppingRealizza il frequency hopping

Effettua linterleavingEffettua linterleaving


Effettua misura di qualit dei canali Effettua misura di qualit dei canali


Effettua misura di qualit dei canali uplink e riceve da MT le misure

relative al downlink, le invia al BSC che decide il controllo di potenza e

lhandover

Effettua misura di qualit dei canali uplink e riceve da MT le misure

relative al downlink, le invia al BSC che decide il controllo di potenza e

lhandover


Implementa i protocolli di livello Implementa i protocolli di livello


Implementa i protocolli di livello fisico sullinterfaccia radio (Um) per il corretto scambio di informazioni

tra MT e BTS

Implementa i protocolli di livello fisico sullinterfaccia radio (Um) per il corretto scambio di informazioni

tra MT e BTS


un apparato di livellofisico e non ha praticamente alcuna

un apparato di livellofisico e non ha praticamente alcuna


fisico e non ha praticamente alcuna intelligenza: nel GSM anche

la valutazione e la decisione sugli handover da effettuare demandata ad altre entit

(MT, BSC e MSC)

fisico e non ha praticamente alcuna intelligenza: nel GSM anche

la valutazione e la decisione sugli handover da effettuare demandata ad altre entit

(MT, BSC e MSC)

Base Station (BS)

Base Tranceiver Station (BTS) Interfaccia fisica che si occupa della


Interfaccia fisica che si occupa della rice-trasmissione

Base Station Controller (BSC)Controllo delle risorse

sullinterfaccia radio

Controllore della Stazione Radio Base (Base Station Controller-BSC)


I compiti principali del BSC sono:I compiti principali del BSC sono:

Transcodifica della voceGSM PCM

Transcodifica della voceGSM PCM




Analisi delle misure di qualit del segnale sulla tratta radioAnalisi delle misure di qualit del segnale sulla tratta radio




Controllo delle risorse radio: gestione delle frequenze,

che possono essere assegnate in modo dinamico alle varie

BTS

Controllo delle risorse radio: gestione delle frequenze,

che possono essere assegnate in modo dinamico alle varie

BTS




Gestione del pagingGestione del paging

Manutenzione del BSSManutenzione del BSS




La concentrazione del traffico verso un MSC e

lo smistamento del traffico verso le BTS

La concentrazione del traffico verso un MSC e

lo smistamento del traffico verso le BTS

Network and Switching Sub-system (NSS)Network and Switching Sub-system (NSS)

Noto anche come Switching and Management Sub-system (SMSS), svolge funzioni (SMSS), svolge funzioni fondamentali

Gestione della mobilit

Controllo delle chiamate

Supporto ai servizi forniti


AuC

UmHLR VLR

EIR

NSS

BSS

A

Um

TM

(G)MSC

Mobile Switching Center (MSC): la centrale di commutazione


la centrale di commutazione che gestisce i servizi mobili

Home Location Register (HLR): il data base con


il data base con

I dati permanenti degli utenti

I dati dinamici per gestire la mobilit (es. identificativo del VLR)

Visitor Location Register (VLR): il data base con


(VLR): il data base con

Le informazioni relative ai MT attualmente presso larea di competenza del MSC

Equipment Identity Register (EIR): il data base degli


(EIR): il data base degli apparati rubati o difettosi

Authentication Center (AuC): genera chiavi di cifratura


genera chiavi di cifratura

Centro di Commutazionedei Servizi Mobili (Gateway Mobile Switching Center-GMSC)

Centro di Commutazionedei Servizi Mobili (Gateway Mobile Switching Center-GMSC)

Un caso particolare di MSC il GMSC (Gateway-MSC),

Un caso particolare di MSC il GMSC (Gateway-MSC), il GMSC (Gateway-MSC), che linterfaccia tra la rete GSM e le reti fisse (PSTN) e/o altre reti GSM (PLMN)

il GMSC (Gateway-MSC), che linterfaccia tra la rete GSM e le reti fisse (PSTN) e/o altre reti GSM (PLMN)

Il VLR crea il TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) che Il VLR crea il TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) che

Registro di Localizzazione dei Visitatori (Visitor Location Register-VLR)


Mobile Subscriber Identity) che usato invece dellIMSI per non trasmettere regolarmente lIMSI via radio (protezione da intrusioni) e lo memorizza

Il VLR invia il TMSI in modo cifrato al TM che lo memorizza nella SIM

Mobile Subscriber Identity) che usato invece dellIMSI per non trasmettere regolarmente lIMSI via radio (protezione da intrusioni) e lo memorizza

Il VLR invia il TMSI in modo cifrato al TM che lo memorizza nella SIM

Il TMSI viene modificato frequentemente ed legatoanche alla posizione del mobile

Il TMSI viene modificato frequentemente ed legatoanche alla posizione del mobile



anche alla posizione del mobile (LAI)anche alla posizione del mobile (LAI)

Il VLR memorizza anche il LAI e informazioni che servono per linstradamento delle chiamate verso il TM (MSRN)

Il VLR memorizza anche il LAI e informazioni che servono per linstradamento delle chiamate verso il TM (MSRN)



Nel VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o

Nel VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o

Nel VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o spento (detached)

Nel VLR viene mantenuto lo stato del TM: acceso (attached) o spento (detached)

Procedure di sicurezza

Le procedure di sicurezza hanno 2 obiettivi:

Autenticazione: proteggere da Autenticazione: proteggere da tentativi di utilizzo fraudolento della rete da parte di persone non autorizzate

Cifratura: proteggere da tentativi di accesso non autorizzato ai dati da parte di utenti regolari

Architettura del GSM

Operation and Maintenance Sub-system (OMSS)

Gestione dei guasti

la sede di tutte le operazionidi gestione della rete

Gestione della manutenzione

Configurazione degli elementi di rete (configura le singole BTS tramite le BSC)

Controllo delle prestazionidegli elementi di rete

Gestione della sicurezza del sistema

la sede di tutte le operazionidi gestione della rete

Operation and Maintenance Sub-system (OMSS)

Raccolta dei dati relativialla tariffazione

Gestione della ripartizione della tariffazione tra gestori diversiper chiamate inter-gestore

IMSI: identifica lutente

MSISDN: il numero di telefono

TMSI: lidentificativo temporaneo usato al posto dellIMSI sulla tratta

Riepilogo

TMSI: lidentificativo temporaneo usato al posto dellIMSI sulla tratta radio

MSRN: il numero usato dal GMSC per instradare una chiamata, memorizzato nellHLR

Identificativo del VLR presso cui sono memorizzati i dati. Il MSRN permette di identificare

LAI: identifica la Location Area su cui lutente

Riepilogo

MSRN permette di identificare lMSC/VLR dinteresse

Identificativo del HLR presso cui lutente registrato. Il MSISDN permette di individuare lHLR

Dati generali

Definizione di interfacce standard (non proprietarie) tra elementi della rete

Distanza tra portanti 200 KHz

Codifica a 13 kb/s (full rate)o 6.5 kb/s (half rate)

Modulazione GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying)

Dati generali

Uso di controllo di potenza

Uso dellinterleaving

Tecnica di Accesso e Struttura dei Canali

GSM usa una tecnica di accesso mista a divisione di tempo e frequenza (FDMA/TDMA)

La porzione di spettro disponibile suddivisa in canali FDM di 200 kHz luno

Ciascun canale FDM ulteriormente suddiviso in 8


Ciascun canale FDM ulteriormente suddiviso in 8 canali con tecnica TDM

La trama TDM quindi composta da 8 slot


La trasmissione organizzatain burst Ogni TM trasmette un blocco di dati

in un intervallo temporale (1 canale

La velocit di cifra al trasmettitore di circa 271 kbit/s

in un intervallo temporale (1 canale TDM) e tace durante gli altri 7

intervalli dedicati agli altri canali

FDM/TDM

Frequenza + time slot = canale fisico

frequenza

Ciascun time slot porta un burst di trasmissione

0.577 (15/26) ms156.25 bit

4.615 ms

00776655443311...... 22 11 ......6655443322

00776655443311...... 22 11 ......6655443322

00776655443311...... 22 11 ......6655443322

tempo

n+1

n

n-1

200 kHz

Struttura della trama GSM

La trasmissione bidirezionale in GSM ottenuta mediante separazione sia in frequenza separazione sia in frequenza sia in tempo; in questo modo

serve una sola interfaccia radio!

Le trame sui canali uplinke downlink sono sincronizzate (su

base slot) e sfasate di 3 slot, in modo da consentire la separazione

tra trasmissione e ricezione

Struttura della trama GSM

tra trasmissione e ricezione

3107654310765 2 2

0765431076543 22

BTSTransmits

MS Transmits

TDM Frame

4.615 ms

La BTS ordina al terminaledi anticipare la trasmissione

Avanzamento temporale (timing advance)

di anticipare la trasmissione di una quantit di tempo che compensa il ritardo

di propagazione

Avanzamento temporale (timing advance)

BTS tx

TM rx

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2

Tr

TM txSenza TM tx

BTS rx

SenzaTA

TM tx

BTS rx

TaConTA

Spegnimento e accensione del trasmettitore RF pongono notevoli

problemi di ramping, cio di

Tecnica di Accessoe Struttura dei Canali

problemi di ramping, cio di transitorio per portare

lamplificatore a regime prima di cominciare la modulazione dei dati

Ramp-up e inviluppo

+4dB

+1dB

-6dB-1dB

tempo

148 bit

549 s

-6dB

-30dB

-70dB

28 s 28 s

In GSM previsto di poter trasmettere messaggi consecutivi della stessa comunicazione su frequenze diverse

Frequency hopping

FH serve a ridurre gli effetti del fading da percorsi multipli: si guadagnano circa 2 dB

Il FH usato in GSM lento perch il cambio di frequenza avviene con cadenza di trama (8 slot=4.615 ms) e non di pochi bit come in altri sistemi

Frequency hopping

sistemi

TM deve essere in grado di re-sintonizzare Tx ed Rx in circa 1 ms

Frequency hopping

f1 7 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 20 1 2

7 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 20 1 2 7 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 20 1 2 f2

7 0 1 2 7 0 1 2 7 0 1 20 1 2 f3

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