GSM - parte VI. I canali del GSM I canali fisici Sono la combinazione di un timeslot e una frequenza...

GSM - GSM - parte VIparte VI

I canali del GSM

I canali fisici

Sono la combinazione di un timeslote una frequenza portante

8 canali fisici per portante:

timeslot 0 - 7

I canali logici

Portano le informazioni utili e sono mappati sui canali fisici secondo opportuni criteri

I canali del GSM

Canali logici

I canali logici si dividono in:

canali di controllo:

portano le informazioni di segnalazione (di rete e di utente)

canali di traffico:

portano le informazioni utili degli utenti

Canali di controllo

Segnalazione di rete: parametri della cella

sincronizzazione sintonizzazione del ricevitore

Segnalazione di utente: controllo delle chiamate controllo della qualità del segnale (distribuzione delle misure)

Segnalazione di rete:

Broadcast CHannels, BCH, o canali di distribuzione: Canali Downlink per info di interesse generale

Frequency Correction CHannel, FCCH

Synchronization CHannel, SCH

Broadcast Control CHannel, BCCH

Canali di controllo

Common Control CHannels, CCCH o canali di controllo comuni: per la fase preliminare in cui non è ancora stato assegnato un canale di segnalazione alla connessione (uso occasionale)

Dedicated Control CHannels, DCCH o canali di controllo dedicati: per la segnalazione di una specifica connessione (uso periodico)

Segnalazione di utente:

Canali di controllo

Frequency Correction CHannel (FCCH)

Permette la correzionedi frequenza al TM

È una sequenza di 148 bit che specifica la frequenza dalla portante

È un canale unidirezionale downlink mappato su burst di correzione della frequenza

Synchronization CHannel (SCH)

Trasporta in 25 bit le seguenti informazioni:

Base Station Identity Code (BSIC): 6 bit che identificano la stazione base, l’operatore e il color code

Color Code: identificativo su tre bit che qualifica le celle con frequenze diverse, permettendo al

TM di distinguere tra quelle di tier diversi (es.: una cella con lo stesso color code di un’altra ma con minor potenza rilevata appartiene almeno al secondo tier)

Casetti

The base station identity code is a local colour code that allows a MS to distinguish between different neighbouringbase stations. BSIC is a 6 bit length code which is structured in the following way.

Synchronization CHannel (SCH)

Trasporta in 25 bit le seguenti informazioni:

Reduced TDMA Frame Number (RFN): 19 bit che identificano il numero di trama

È un canale monodirezionale downlink su burst di sincronizz.

Carla Chiasserini

mappato sui burst di sincronizzazione

Casetti

Carla Chiasserini16/12/2003SCH porta il FN. Il FN serve al MT per sinc. con la BTS. Tramite il FN infattil MT capisce la sequenza cronologica dei vari canali di controllo che verranno.Inoltre FN serve come input all'algoritmo di cifratura. Inoltre, quando un MT manda una channel request nel FN Y alla BTS sul RACH, la BTS poi gli manda la risposta contrassegnandola con Y e MT la riconosce grazie a questo.

Trasporta in 184 bit informazioni generali sulla cella e sulla rete:

Numero di canali di controllo comuni

Broadcast Control CHannel (BCCH)

Intervallo dei messaggi di paging verso lo stesso terminale (in multipli di 51 trame)

Numero di blocchi riservati al canale AGCH nei canali di controllo comuni

Location Area Identity (LAI)

Carla Chiasserini

ogni quanto viene ripetuto un msg di paging verso un terminale, infatti non è detto che lo si rintracci subito, magari il msg. va ripetuto + volte.

Parametri dell’algoritmo di frequency hopping:

Broadcast Control CHannel (BCCH)

CA: Cell Allocation

MAIO: MA Index Offset

MA: Mobile Allocation

HSN: Hopping Sequence generator Number

È un canale monodirezionale downlink

Uso dei canali di controllo di tipo broadcast

TM si accende

TM scandisce l’intera banda GSM cercando un segnale (in alternativa, cerca tra alcune frequenze memorizzate nella SIM)

1

2

BCCH porta l’informazione di controllo

BCCH è diverso in ogni cella


Quando trova il segnale più forte (C0), il TM cerca FCH, SCH e poi BCCH

3

2

1 Sintonizzarsi sulla frequenza della cella, tramite il canale FCCH

Per essere in grado di leggerel’informazione del BCCH,

il TM deve prima:

Sincronizzarsi con i dati trasmessinella cella, tramite il SCH


Le stazioni base in generale non sono sincronizzate tra loro

Aggiornamento delle informazioni di controllo

Ogni volta che il TM cambia cella deve nuovamente ricevere le informazioni su FCCH, SCH, BCCH, relative a quella cella

BS2BS1

Carla Chiasserini

se le BS sono sincronizzate fra loro il TM non dovrebbe risincronizzare con la BTS perchè il suo ritardo di propagazione rispetto alla nuova BTS se lo può calcolare da solo conoscendo il TA vecchio e osservando l'inizio dello slot che percepisce nella nuova cella

Servono per la fase di inoltro di una richiesta di connessione

Canali di controllo comuni

Sono unidirezionali

Paging CHannel (PCH)

Random Access CHannel (RACH)

Access Grant CHannel (AGCH)

È unidirezionale downlink È utilizzato per notificare a

un terminale una chiamata entrante

Paging CHannel (PCH)

È utilizzato per l’invio di SMS

È trasmesso in tutte le celle della stessa Location Area

PCH

Carla Chiasserini

la rete sa la posizione di un TM non con una on-going chiamata, a livello di LA

RACH

È unidirezionale uplink

Random Access CHannel (RACH)

È utilizzato per chiedere l’accesso alla rete:

È soggetto a collisioni

inizio chiamata richiesta di location update

Utilizzo del RACH

Chiamata entrante

TM riceve sul PCH un messaggio di paging

Risponde chiedendo un canale dedicato tramite il RACH

1

Carla Chiasserini

indirizzo sul PCH corrisponde all'identità del terminale

Carla Chiasserini

richiede canale dedicato di segnalazione per iniziare la messa sù di una chiamata

Chiamata uscente

TM chiede un canale tramite il RACH

2

TM rileva un cambiamento di LA

Chiede un location update tramite RACH

3

Utilizzo del RACH

È unidirezionale downlink

Access Grant CHannel (AGCH)

È utilizzato per rispondere ad una richiesta del TM, ricevuta su RACH

Alloca un canale di segnalazione detto Stand-alone Dedicated Control CHannel (SDCCH)

AGCH

Usano il principio dello Slotted Aloha Il TM invia un burst in uno degli slot

assegnati a RACH senza coordinarsi con altri utenti, memorizzando il FN

RACH e AGCH

Il TM ascolta AGCH: se sente una risposta della BS che fa riferimento al FN della trama usata per il RACH:

il burst inviato non aveva collisola risposta non può che essere diretta a lui

Se non sente risposta relativa alla FN usata, vuol dire che aveva colliso e ripete la trasmissione

Carla Chiasserini

la rete sa la posizione di un TM non con una on-going chiamata, a livello di LA

Servono per il controllo di chiamata

Canali di controllo dedicatiDedicated Control CHannels (DCCH)

Sono bidirezionali (uplink e downlink)

Stand Alone Dedicated Control CHannel (SDCCH)

Slow Associated Control CHannel (SACCH)

Fast Associated Control CHannel (FACCH)

Carla Chiasserini

slow e fast usati durante una conversazione: sono associati ad un canale di traffico

Assegnato dalla BS tramite il canale AGCH

Stand-alone Dedicated Control CHannel (SDCCH)

Usato per lo scambio di informazioni di autenticazione, identificazione, call set-up

Usato prima dell’assegnazionedi un canale di traffico alla chiamata

SDCCH

Carla Chiasserini

stand-alone perchè non è associato ad un canale di traffico

Carla Chiasserini

usato per la procedura di autenticazione che abbiamo già visto


In downlink trasporta le informazioni di

Timing advance

Informazioni del BCCH che sarebbero perse dal TM cui è stato assegnato un canale di traffico

Controllo di potenza

Carla Chiasserini

canale tx periodicamnte

In uplink (180 bit ogni 480ms)

Misurazioni del TM: RXLEV e RXQUAL (cella propria e celle vicine)

SACCH


Carla Chiasserini

trasmesso periodicamente

Fast Associated Control CHannel (FACCH)

Per segnalazione immediata di parametri che non possono attendere i tempi del SACCH

Tipicamente per handover immediato

L’informazione è inviata, in stealing mode, al posto dell’informazione vocale (20 ms di parlato)

FACCH

Carla Chiasserini

quando lo stealing bit =1, il burst è usato x il FACCH

TM cerca il segnale più forte1

Uso dei canali di controlloRiepilogo

Frequency Correction CHannel, FCCH2

Synchronization CHannel, SCH3

All’accensione del TM:

Broadcast Control CHannel, BCCH

Se la rete non è ammessa(es. altro operatore) ripete la procedura per il successivo canale più forte

4

5


All’accensione del TM:

Usa il Paging CHannel, PCH

TM risponde tramite il Random Access CHannel, RACH

Quando la rete deve contattare il TM:


1

2

La rete assegna un canale di segnalazione dedicato (SDCCH) tramite il canale Access Grant CHannel, AGCH


3

Quando la rete deve contattare il TM:

TM usa il Random Access CHannel,RACH

1

Quando il TMdeve contattare la rete:


La rete assegna un canale di segnalazione dedicato (SDCCH) tramite il canale Access Grant CHannel, AGCH


Quando il TMdeve contattare la rete:

2

distribuzioneBCCHFCCHSCH

comuniPCH

RACHAGCH

di controllodi controllodi controllodi controllodi trafficodi trafficodi trafficodi traffico

full rateTCH/F

half rateTCH/H

dedicatiSACCHFACCHSDCCH

Canali logici

Canali a velocità piena (Full rate Traffic CHannel: TCH/F) a 22.8 Kbit/s (velocità lorda)

Trasportano voce o dati di utente

Canali di traffico

Canali a velocità dimezzata (Half rate Traffic CHannel: TCH/H) pari a 11.4 Kbit/s

Carla Chiasserini

velocità LORDE

Un canale di traffico viene assegnato ad una connessione

per tutta la durata della chiamata

2 TCH/H condividono lo stesso canale fisico in trame alterne

Trasportano voce o dati di utente

Canali di traffico

Carla Chiasserini

rete a commutazione di circuitocircuito con alllocazione statica delle risorse tra sorgente e destinazionela staticità può variare se gli utenti si muovono però...ogni chiamata comunque necessita di 2 canali di traffico (uno in up e uno in down)

La trasmissione di voce e dati avviene

a commutazione di circuito

La trasmissione usa un solo canale di traffico

Canali di traffico

Due possibili velocità

Full rate: 13 Kbit/s

Half rate: 6.5 Kbit/s

TCH

Canali di traffico - voce

Full rate: 4.8 o 9.6 o 14.4 Kbit/s

Full rate e utenti veloci: 2.4 Kbit/s

La velocità di trasmissione dipende dalla codifica FEC impiegata:

Half rate: 2.4 o 4.8 Kbit/s

Canali di traffico - dati

Carla Chiasserini

mobilità alta= frequenti handover=+segnalazione!!!si limita la velocitàtrade-off tra qualità (protezione) e bit-rate

Lunghi 160 caratteri

SMS

Scambiati tra un Centro Servizi e il TM

Se il TM è spento, la rete GSM

informa il Centro Servizi che inoltrerà il messaggio all’accensione del TM

Carla Chiasserini

sms non sono scambiati direttamente tra i 2 utenti ma tra un MT e il centro servizi

Se il TM è acceso ma idle

si usa il SDCCH

Se il TM è attivo si usa il SACCH

Il TM notifica la ricezione del SMS

Al TM il messaggio è memorizzato nella SIM

SMS

Carla Chiasserini

se acceso ma non ha chiamate si usa il stand-alone perchè non abbiamo un canale associato

Carla Chiasserini

Il TM manda sempre un ack al centro servizi quando riceve un SMS

Cell Broadcast CHannel (CBCH)

è un tipo di SMS

SMS inviato a ogni TM nella cella (es. per informazioni sul traffico)

è inviato a bassa velocità sul canale SDCCH in downlink

SMS

distribuzioneBCCHFCCHSCH

comuniPCH

RACHAGCH

di controllodi controllodi controllodi controllodi trafficodi trafficodi trafficodi traffico

full rateTCH/F

half rateTCH/H

dedicatiSACCHFACCHSDCCH

Canali logici

Canali logici e tipi di burst

Il burst di tipo normaleè usato per:

TCH traffico utente

BCCH PCH SACCH FACCH SDCCH

segnalazione

FCCH

Il burst di tipocorrezione di frequenza:

SCH

Il burst di tiposincronizzazione:

RACH

Il burst di tipoaccesso:

Canali logici e tipi di burst

Mapping dei canali logici sui canali fisici

TCH e SACCH

Relativi ad una chiamata in corso

Ogni normal burst porta 24.7 kb/s

La voce codificata usa 22.8 kb/s

Carla Chiasserini

FACCH e SACCH rubano bit all'info (stealing bit attivati)La diff. tra 24.7 e 22.8 kb/s è utilizzata per trasportare segnalazione (SACCH)

La banda rimanente corrispondea 2 trame per ogni multitrama(26 trame)

Una trama ogni 26 (cioè una trama per multitrama) usata per SACCH

TCH e SACCH

L’altra è inutilizzata e permette al TM di effettuare misure sul canale


inutilizzata

Multitrama di traffico (26 trame, 120 ms)

TCH e SACCH

TTTT TTTTTTTT TTTTTTTT TTTT TTTT TTTTTTTT TTTTTTTTTTTT

0 12 25

SS

Carla Chiasserini

trama T: lo slot è dedicato al trafficotrama S: sempre lo stesso slot è usato x segnalazione

inutilizzata

TCH e SACCH

Multitrama di traffico (26 trame, 120 ms)

TTTT TTTTTTTT TTTTTTTT TTTT TTTT TTTTTTTT TTTTTTTTTTTT

0 12 25

SS

Carla Chiasserini

x evitare che sia sempre l'ultima quella inutilizzata, a multitrame alterne si scambiano le trame S e T(così se devo fare misre le posso fare in momenti diversi, non sempre nello stesso slot della stessa trama)

BCCH, FCCH

Informazioni fisse

SCH

Info che varianoperiodicamente

Info per tutti

gli utenti


Carla Chiasserini

SCH: il FN (il numero di trama) annunciata cambia, non è un'info il cui valore rimane fisso

Carla Chiasserini

In realtà nel BCCH le info sul mappaggio dei canali controllo possono variare (anchen se lentamente)

SDCCHInfo per periodidi tempo limitati

PCH, RACH, AGCH

Informazioni asincrone

Info per tutti

gli utenti


FCCH, SCH usano sempre il timeslot 0 (TS0) della frequenza C0 in downlink


BCCH, PCH, RACH, AGCH usano sempre C0 (in uplink/downlink); sono consentiti tutti gli slot pari

Carla Chiasserini

tipicamente si usa solo il TS0 di C0.Se il carico di segnalazione è elevato posso però avere dei cambiamenti, delle mappature diverse.Quindi qui si illustra il caso "tipico"

Carla Chiasserini

TS 0,2,4, e 6. Tipicamente si usa lo TS 0 ma si possono usare anche gli altri


SDCCH usa TS0 oppure TS1 della frequenza C0

In downlink C0 è a potenza maggiore per consentire ai TM di riconoscerla dalle altre

Tipicamente, se sono richiesti al più 4 SDCCH, usa TS0 altrimenti (no. SDCCH richiesti = 8) usa TS1 di C0 e lascia TS0 disponibile per trasmettere gli altri canali

Il TS0 di C0 non subisceil frequency hopping


PCH, AGCH, SDCCH, e a volte

SACCH, (in C0 downlink) sono multiplati nel tempo

BCCH, FCCH e SCH (in C0 downlink)

devono essere sempre trasmessi

PCH è privilegiato perché ha impatto sulle prestazioni del sistema

AGCH e SDCCH sono allocati a seguito di una richiesta


Carla Chiasserini

BCCH, FCCH e SCH sono determinanti xchè portano le info fondamentaliPCH è + importante di SDCCH e AGCH

Sono possibili diversi tipi di mapping a seconda della cella e dell’operatore

Il mapping può cambiare in celle diverse


Il mapping impiegatoè comunicato sul BCCH

La multitrama di segnalazione dura 51 trame


Tramatura GSM

multitrama di controllo 51 trame (235.4 ms)

multitrama di controllo 51 trame (235.4 ms)

TRAMA – 4.615msTRAMA – 4.615ms

multitrama di traffico26 trame (120ms)

multitrama di traffico26 trame (120ms)

slot 577 sslot 577 s

bit 3.69 sbit 3.69 s

IPERTRAMA 2048 supertrame (3h 28m 53s 760ms)

SUPERTRAMA (6.12 s)

26 multitrame di controllo

51 multitrame di traffico0 1 2 25

0 1 2 50

Configurazione tipica della portante fondamentale C0 in downlink:

Trame organizzate in 5 blocchi di 10 (la 51esima è idle) corrispondonoa TS0 di trame successive

Primo blocco: FCCH, SCH, 4-BCCH, 4-CCCH (PCH, AGCH)


Carla Chiasserini

BCCH x 4 trame consecutive (ossia lo slot 0 pe 4 trame consecutive)

Carla Chiasserini

FCCH +SCH+ 4 BCCH +4 CCCCH fanno 10 (che è la periodicità che si è detto)

Blocchi successivi: FCCH, SCH, 8-CCCH (PCH, AGCH) / 8-SDCCH / 8-SACCH

In celle con alto traffico si possono usare configurazioni diverse (es. SDCCH su TS1 di C0)


Configurazione tipica della portante fondamentale C0 in downlink:

Carla Chiasserini

Notare: ogni quanto il PCH è tx è detto dalla BTS nel BCCH!!! come si era detto

FCCH+SCH

BCCH

CCCH (PCH,AGCH)

CCCH / SDCCH idle

CCCH / SACCH*

*SACCH per SDCCHsono allocati qui


0-1

2-56-9

10-11

12-1516-19

20-21 30-31 40-41

22-2526-29

32-3536-39

42-45

51 trame, 235.4 ms

FN50

46-49

Carla Chiasserini

notare FCCH, SCH e poi BCCH come detto nell'es. dell'accensione del MT

Durante una conversazione telefonica, un terminale deve rilevare l’identità e la potenza delle celle circostanti

Impegnato sul TCH, usa la trama libera nella multitrama di traffico per “sentire” altre portanti e decodificarne i canali logici

Mapping dei canali logici

Poichè multitrama di traffico e di controllo hanno lunghezze prime tra loro, in un tempo pari ad una supertrama, il TM riesce a scorrere tutti gli slot TS0 della multitrama di controllo di ogni cella adiacente (purchè a portata radio)

La tipica configurazioneper l’uplink:

Il timeslot TS0 della portantefondamentale C0 è dedicato al RACH

Si fa eccezione per alcuni timeslot assegnati per il SDCCH


Carla Chiasserini

RACH: x ridurre collisioni occorre mettere tanti RACH

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