gsm.ppt

7/21/2019 gsm.ppt

http://slidepdf.com/reader/full/gsmppt-56e061e225a90 1/97

1

1 Reti radio mobili cellulari: il

IL SISTEMA CELLULARE GSM/DCS1800

Struttura e funzioni del Global System

for Mobile communications (GSM)

GLOBAL SYSTEM FOR

MOBILE COMMUNICATIONS

7/21/2019 gsm.ppt



IL SISTEMA GSM/DCS 1800:S!MMARI!

Panoramica degli aspetti trasmissivi

Architettura della rete GSM/DCS• Mobile Station (MS)• Base Transceiver Station (BTS)• Base Station Controller (BSC)• Mobile service Switching Center (MSC)• Operational and Maintenance Center (OMC)

Aspetti del radiocollegamento• bande allocate e canalizzazione• modulazione e accesso• codifica della voce e di canale• modellistica del canale

Aspetti di rete

• gestione della risorsa radio (RRM)• gestione della mobilità (MM)• gestione delle comunicazioni (CM)

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"


#RE$E ST!RIA DEL SISTEMA GSM

Inizio anni ‘80: diversi sistemi cellulari analogici incompatibili, sviluppati

indipendentemente da varie nazioni (NMT, AMP, !TM, TA" ecc#$#

%&8': la "onerence o )uropean Posts and Telegrap*s (")PT$ crea il

+roupe pcial Mobile (+M$ con il compito di sviluppare un Public -and

Mobile .stem (P-M$ pan/europeo, con caratteristic*e avanzate:• buona qualità della voce compressa• costo contenuto del terminale mobile e del servizio• possibilità di roaming internazionale

• possibilità di supportare terminali mobili a bassissimo peso• possibilità di supportare diversi nuovi servizi• buona efcienza spettrale• compatibilità con il servizio ISDN.

%&&0: pubblicazione delle specic*e del sistema +M (+lobal .stem or

Mobile "ommunications$#

%&&1: vi sono gi2 13 reti +M attive in '' nazioni, tra cui l4Italia#

Attualmente vi sono centinaia di reti +M attive su tutti i continenti,

compresa l4America del Nord, con nomi diversi (+M, 5"%800, P"%&00$#

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%


Di&usio'e del sistema GSM 'elmo'do

senza GSM

con GSM

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http://slidepdf.com/reader/full/gsmppt-56e061e225a90 5/97(5 Reti radio mobili cellulari: il

)A*!RAMICA DEGLI AS)ETTI TRASMISSI$I

•Bande di frequenza e canalizzazione

•Cluster di celle e riuso di frequenza

•Antenne utilizzate dalla BTS e dalla MS

•Tecniche di modulazione e accesso

•Compressione della voce e codifica dicanale

•Servizi supportati e velocità di trasmissione

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+6 Reti radio mobili cellulari: il

#a'de di ,re-ue'.a eca'ali..a.io'e

•La International Telecommunication Union (ITU) ha allocato, per ilsistema GSM, la banda 890-915 MHz per i collegamenti uplink (mobileverso stazione radio base) e la banda 935-960 MHz per i collegamentiin senso opposto (downlink).

•Bande allocate per il sistema DCS1800: 1710-1785 MHz per icollegamenti uplink e 1805-1880 MHz per i collegamenti downlink.

•Bande allocate per il sistema PCS1900: 1850-1910 MHz per icollegamenti uplink e 1930-1990 MHz per i collegamenti downlink.

•Le bande suddette sono ripartite in sottobande adiacenti di larghezza200 kHz, ciascuna destinata ad ospitare una portante.

•Coesistenza di altre reti (es. TACS) e ripartizione delle risorse di banda

tra i vari operatori.•Terminali mobili mono-banda o a banda multipla.

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Cluster di celle e riuso di,re-ue'.a I

Il cluster di celle tipico del sistema GSM comprende 9 celle, con

tre siti “tricellulari” posizionati nei punti 1,2,3.

Le diverse celle delcluster utilizzanofrequenze portantitutte diverse tra loroper contenerel’interferenza co-

canale.

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Cluster di celle e riuso di ,re-ue'.a II

Un’altra possibile disposizione utilizzabile è quella a sette celle

Questa soluzionesembra piùvantaggiosa dellaprecedente in terminidi capacità di rete, manecessita di unaquantità maggiore di

infrastrutture fisse.

Questa soluzionesembra più

vantaggiosa dellaprecedente in terminidi capacità di rete, manecessita di unaquantità maggiore diinfrastrutture fisse.

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A'te''e utili..ate dalla#TS

Le antenne di unsito tricellularesono direttive edilluminano unsettore angolarelargo all’incirca

120 gradi

Le antenne di un sitomonocellulare sonoomnidirezionali sulpiano orizzontale

angolodi tilt

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A'te''e utili..ate dalla #TS Esem2i 1

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A'te''e utili..ate dalla #TS Esem2i

Diagrammi diirradiazione

isofrequenziali ottenutidalla composizione dipiù diagrammielementari

Diagrammi diirradiazione

isofrequenziali ottenutidalla composizione dipiù diagrammielementari

singolo pannello

fascio dialiasing

come realizzareun’antenna quasiisotropica apartire da antennedirettive

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A'te''e utili..ate dalla #TS Esem2i "

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1"13 Reti radio mobili cellulari: il

A'te''e utili..ate dalla #TS Esem2i %

Antenne dual-band

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1%14 Reti radio mobili cellulari: il

A'te''e utili..ate dalla #TS Esem2i (

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1(15 Reti radio mobili cellulari: il

A'te''e utili..ate dallaMS

Nei terminali mobili palmari

l’antenna è di tipo filare conlunghezza pari a pochissimicentimetri (≤λ/2). Ildiagramma di irradiazione èpraticamente isotropico

Nei terminali mobili autotrasportatil’antenna è di tipo filare conlunghezza pari ad es. aλ /2. Il

diagramma di irradiazione èpraticamente isotropico sul pianoorizzontale e debolmente direttivosul piano verticale.

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1+16 Reti radio mobili cellulari: il

Tec'ic3e di modula.io'e eaccesso

Accesso FDMA/TDMA•possibilità di trasmissione/ricezionediscontinua (DTX,DRX)

•124 portanti spaziate di 200 kHz (GSM)

•trama TDMA composta da 8 slot

•un canale fisico è rappresentato da unburst per trama

•canali dedicati e canali comuni

Modulazione Gaussian MinimumShift Keying (GMSK)

•modulazione binaria a fasecontinua

•efficiente spettralmente ed

energeticamente•inviluppo costante

•relativa semplicità del ricevitore

Limitazioni tipiche sul canale radiomobile:

•scarsità di banda•scarsità di energia sul mobile•limitazione di spazio e peso sul mobile•nonlinearità del canale (specie sull’uplink)

LA RISPOSTA È...

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Com2ressio'e della 4oce e codi5ca dica'ale

Per risparmiare banda è necessariocomprimere la voce, ovverocodificarla riducendone la

ridondanza ma non la qualità, inmodo che ad un segnale vocalecorrisponda un flusso binariosensibilmente inferiore al flussostandard PCM (64 kbit/s).

Attraverso la cosiddetta codifica

RPE-LTP (Regular PulseExcitation - Long TermPrediction) si arriva allevelocità:

•Codificatore full-rate: 13 kbit/s• Codificatore half-rate: 6.5 kbit/s.

Attraverso la cosiddetta codifica

RPE-LTP (Regular PulseExcitation - Long TermPrediction) si arriva allevelocità:

•Codificatore full-rate: 13 kbit/s• Codificatore half-rate: 6.5 kbit/s.

Per proteggere il segnaletrasmesso dagli errori indotti dalcanale (rumore e distorsione), ènecessario codificare il segnale

introducendo ridondanza in misuradipendente dal tipo di segnale(voce/dati/segnalazione).

Per la voce e per i dati si usa uncodice convoluzionale concatenatocon un interleaver a blocchi, mentreper la segnalazione viene usatoanche un codice a blocco (di Fire).La ridondanza è variabile per i datie la segnalazione.

Per la voce e per i dati si usa uncodice convoluzionale concatenatocon un interleaver a blocchi, mentreper la segnalazione viene usatoanche un codice a blocco (di Fire).

La ridondanza è variabile per i datie la segnalazione.

RISULTATO

RISULTATO

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Ser4i.i su22ortati e 4elocit6 ditrasmissio'e

servizio telefonia full-duplex con voce codificata.• codifica standard: 13 kbit/s• codifica half-rate: 6.5 kbit/s

servizio trasmissione dati da/a POTS, ISDN,

PSPDN,CSPDN con vari protocolli (X.25, X.32 ecc.).• velocità standard: max 9.6 kbit/s

servizio fax (ITU-T Rec. T.30) con apposito adattatore. messaggeria (SMS) bidirezionale per messaggialfanumerici brevi (fino a 160 bytes).

servizi vari di gestione delle chiamate (segreteria,identificazione del chiamante, teleconferenza ecc.).

accesso diretto a Internet (GPRS, previsto come fase2+ di GSM)

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ARC7ITETTURA DELLA RETE GSM

SIM = Subscriber Identity Module

ME = Mobile Equipment

BTS = Base Transceiver Station

BSC = Base Station Controller

(G)MSC = (Gateway) Mobile services Switching Center

HLR = Home Location Register

VLR = Visitor Location Register

EIR = Equipment Identity Register

AuC = Authentication Center

Network & Switching Subsystem

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La sta.io'e mobileMS9

Consiste di un apparato terminale mobile (ME, Mobile Equipment)più una smart card detta Subscriber Identity Module (SIM).

IlME è identificato dall’InternationalMobile Equipment Identity (IMEI).

IlME è identificato dall’InternationalMobile Equipment Identity (IMEI).

LaSIM consente la mobilitàpersonale, indipendentementedalME utilizzato.

LaSIM contiene l’International

Mobile Subscriber Identity(IMSI), indipendente dall’IMEI,usata per identificarel’abbonato, più una chiavesegreta ed altre informazioni.

LaSIM può essere inoltreprotetta da una password o daunPIN (Personal IdentityNumber).

LaSIM consente la mobilitàpersonale, indipendentementedalME utilizzato.

LaSIM contiene l’International

Mobile Subscriber Identity(IMSI), indipendente dall’IMEI,usata per identificarel’abbonato, più una chiavesegreta ed altre informazioni.

LaSIM può essere inoltreprotetta da una password o daunPIN (Personal IdentityNumber).

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Il sottosistema sta.io'e base#SS9

#SC

Il BSC gestisce le

risorse radio peruna o più BTS, inparticolarecontrolla il setupdei canali radio, ilfrequency

hopping, glihandover intra-cella e inter-BTS.

Il BSC gestisce le

risorse radio peruna o più BTS, inparticolarecontrolla il setupdei canali radio, ilfrequency

hopping, glihandover intra-cella e inter-BTS.

BSS

interfaccia A-bis,basata sul LinkAccess Protocolon Data (LAPD)

al Mobile

serviceSwitchingCenter (MSC)

interfaccia Abasata sul

protocollo SS7

la BTS ospita i

ricetrasmettitori radio(uno per portante) chedefiniscono una cella edimplementa i protocolli dicollegamento con le MS.

la BTS ospita i

ricetrasmettitori radio(uno per portante) chedefiniscono una cella edimplementa i protocolli dicollegamento con le MS.

#TS

#TS

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Esem2io di u'it6#TS

1.75 m

Contienel’hardware perl’interfaccia radio

(modem,amplificatori,combinatori ecc.)e per l’interfacciaverso la BSC

Contienel’hardware perl’interfaccia radio

(modem,amplificatori,

combinatori ecc.)e per l’interfacciaverso la BSC

Base Transceiver Station

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"23 Reti radio mobili cellulari: il

Esem2io di u'it6#SC

2 m

Nell’unità sono ospitate (conridondanza) le interfacce dilinea da/verso le BTS e la MSC,nonché le funzioni disegnalazione

Base Station Controller

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%24 Reti radio mobili cellulari: il

Esem2io di u'it6TRAU

Transcoder and Rate Adaptor Unit

È installata presso la MSC ed ha la funzione diconvertire il flusso codificato GSM in flussistandard multipli di 64 kbit/s, e viceversa.

2 m

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(25 Reti radio mobili cellulari: il

T3e *etor; a'd Sitc3i'< Subs=stem*SS9 I

È l’insieme delle principali funzioniÈ l’insieme delle principali funzionidi commutazione e dei data basedi commutazione e dei data base

preposti alla gestione dei dati e dellapreposti alla gestione dei dati e dellamobilità degli utenti, vale a diremobilità degli utenti, vale a dire

registrazione, autenticazione, set-upregistrazione, autenticazione, set-upchiamate, procedure di handoverchiamate, procedure di handover

ecc.ecc.

È l’insieme delle principali funzioniÈ l’insieme delle principali funzionidi commutazione e dei data basedi commutazione e dei data base

preposti alla gestione dei dati e dellapreposti alla gestione dei dati e dellamobilità degli utenti, vale a diremobilità degli utenti, vale a dire

registrazione, autenticazione, set-upregistrazione, autenticazione, set-upchiamate, procedure di handoverchiamate, procedure di handover

ecc.ecc.

La segnalazione tra le diverse funzionalità del NSSavviene con un formato detto Signaling System 7(SS7), usato anche per la segnalazione di tronco

nell’ISDN.In particolare il protocollo di segnalazione SS7 èusato sull’interfaccia A tra MSC e BSC.

La segnalazione tra le diverse funzionalità del NSSavviene con un formato detto Signaling System 7(SS7), usato anche per la segnalazione di tronconell’ISDN.

In particolare il protocollo di segnalazione SS7 èusato sull’interfaccia A tra MSC e BSC.

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T3e *etor; a'd Sitc3i'< Subs=stem*SS9 II

a/daPSTN/ISDN

MSC GMSC

7LR

$LR

a/da BSS

EIR

AuC

MSC

NSS

a/da BSS

alla

PSTN/ISDN

a/da BSS

allaPSTN/ISDN

A

A

$LRMSC=Mobile SwitchingCenterGMSC=Gateway MSC

HLR=Home LocationRegister

VLR=Visitor LR

EIR=Equipment Identity

RegisterAuC=AuthenticationCenter

MSC=Mobile Switching

CenterGMSC=Gateway MSC

HLR=Home LocationRegister

VLR=Visitor LR

EIR=Equipment Identity

RegisterAuC=AuthenticationCenter

$LR

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Il ce'tro di commuta.io'e radiomobileMSC/GMSC9

È connesso a quattroregistri: l’HomeLocation Register(HLR) e il VisitorLocation Register(VLR) consentonol’instradamento delle

chiamate e le capacitàdi roaming del GSM,mentre l’EquipmentIdentity Register (EIR)e L’AuthenticationCenter (AuC) vengono

usati per scopi diautenticazione esicurezza.

È connesso a quattro

registri: l’HomeLocation Register(HLR) e il VisitorLocation Register(VLR) consentonol’instradamento delle

chiamate e le capacitàdi roaming del GSM,mentre l’EquipmentIdentity Register (EIR)e L’AuthenticationCenter (AuC) vengonousati per scopi diautenticazione esicurezza.

È il componente principale delSottosistema di Rete, e si

comporta come un normalenodo di commutazione dellarete PSTN/ISDN.

Esso provvede alla

registrazione,autenticazione,aggiornamentodella posizione,handover einstradamentodelle chiamate diun abbonatoroamer.

Esso provvede allaregistrazione,autenticazione,aggiornamentodella posizione,handover einstradamentodelle chiamate di

un abbonatoroamer.

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Il registro dei residenti(HLR)

Non è solo un registro passivo dove siscrivono/leggono dei dati, ma va visto comeuna vera e propria unità con funzioniautonome, quali la richiesta alle MSC/VLRlasciate dal roamer della cancellazionedello stesso dal rispettivo VLR.

Non è solo un registro passivo dove siscrivono/leggono dei dati, ma va visto comeuna vera e propria unità con funzioni

autonome, quali la richiesta alle MSC/VLRlasciate dal roamer della cancellazionedello stesso dal rispettivo VLR.

Contiene tutte leinfomazioni

identificative diciascun abbonatoalla rete GSM(MSISDN, IMSI,servizi abilitati),insieme allaposizione correntedi ciascuno di essi(se attivo).

La posizione corrente del mobile ènormalmente nella forma dell’indirizzo disegnalazione del Visitor Location Register(VLR) corrente associato al mobile.

La posizione corrente del mobile è

normalmente nella forma dell’indirizzo disegnalazione del Visitor Location Register(VLR) corrente associato al mobile.

Funzionalmentec’è un solo HLR

per ogni reteGSM, anche seesso vieneimplementatocome un database distribuito.

Funzionalmentec’è un solo HLRper ogni reteGSM, anche seesso vieneimplementatocome un database distribuito.

MSISDN IMSIMSRN

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Il registro dei visitatori(VLR)

Il MSC non contiene informazioni relative adalcuna particolare MS, questa informazioneessendo confinata ai registri di locazione.

Il VLR è un data basecontenente partedelle informazioni delHLR richieste per il

controllo locale dellechiamate e per lafornitura dei serviziprevisti, per ciascunMS correntementeposizionato in unacerta area geografica.

Allo scopo di semplificarela segnalazione, di solito

c’è un VLR associato aciascun MSC, per cuil’area controllata dal VLRcoincide con le LocationArea di un MSC.

E i t Id tit R i t

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Un IMEI è dichiarato

non valido se essorisulta rubato o di tiponon approvato per larete o per la funzionerichiesta.

Equipment Identity Register(EIR)

È un data base contenente l’elenco di(teoricamente) tutti gli apparati mobili, dove

ciascuna MS è identificata dal suo IMEI.

??

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Il centro di autenticazione(AuC)

Consiste in undata baseprotetto cheospita una copiadelle chiavisegrete

memorizzate inciascuna cartaSIM, usate perl’autenticazione ela cifratura sulcanale radio.

Consiste in undata baseprotetto cheospita una copiadelle chiavisegrete

memorizzate inciascuna cartaSIM, usate perl’autenticazione ela cifratura sulcanale radio.

La procedura diautenticazione vieneattivata ogni qual volta unabbonato accede alla rete,per accertare la sua

identità

Il i di i

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Il ce'tro o2erati4o e di ma'ute'.io'e!MC9

Collegamento alle MSC conX.25 su linea dedicata osull’interfaccia A conprotocollo X.25 o SS7.

Collegamento alle MSC conX.25 su linea dedicata osull’interfaccia A conprotocollo X.25 o SS7.

MSC!MC

MSC

MSC

•••

È il centro “amministrativo” delle rete,

con compiti di esercizio e manutenzione: compiti di esercizio giornaliero(aggiornamento abbonati, raccolta dati ditassazione ecc.);

valutazione del corretto dimensionamento

delle risorse radio della rete; distribuzione ottimale del carico sui varielementi della rete di connessione;

controllo della qualità del servizio; attività di manutenzione.

AS)ETTI DEL RADI!C!LLEGAME*T!

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""33 Reti radio mobili cellulari: il

AS)ETTI DEL RADI!C!LLEGAME*T!

Bande allocate e canalizzazione

Accesso (FDMA/TDMA con FH) Struttura delle trame Sincronizzazione di trama Velocità di trasmissione Codifica vocale Codifica di canale Modulazione Potenze trasmesse Sensibilità dei ricevitori

Modellistica del canale Dimensioni delle celle Rapporto segnale-interferenza

# d ll t

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"%34 Reti radio mobili cellulari: il

#a'de allocate eca'ali..a.io'e

passo di canalizzazionecomune e pari a 200 kHzpasso di canalizzazionecomune e pari a 200 kHz PCN = Personal Communication Network

PCS = Personal Communication System

Accesso multi2lo

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"(35 Reti radio mobili cellulari: il

Accesso multi2lo I

slot8

•••

Combinazione di accesso multiplo a divisione difrequenza e di tempo (FDMA/TDMA).

Ciascuno dei suddetticanali frequenziali

viene poi suddiviso neltempo, usando unoschema TDMA.

Ciascuno dei suddetticanali frequenziali

viene poi suddiviso neltempo, usando unoschema TDMA.

La banda disponibile viene suddivisa in canalifrequenziali spaziati di 200 kHz. Una o più diqueste frequenze portanti vengono assegnate

a ciascuna BTS.

La banda disponibile viene suddivisa in canalifrequenziali spaziati di 200 kHz. Una o più diqueste frequenze portanti vengono assegnate

a ciascuna BTS.

Accesso multi2lo

7/21/2019 gsm.ppt


"+36 Reti radio mobili cellulari: il

Accesso multi2lo II

Un gruppo di 8 slot costituisce una tramaTDMA, di durata pari a 120/26 ms ≈ 4.615 ms.

Un gruppo di 8 slot costituisce una tramaTDMA, di durata pari a 120/26 ms ≈ 4.615 ms.

slot

8

•••

Un canale fisico è costituito dunque dalla associazionedi uno slot TDMA e di una delle frequenze portanti.

La durata di unoslot TDMA èpari a 15/26 ms≈ 0.577 ms.

La durata di unoslot TDMA èpari a 15/26 ms≈ 0.577 ms.

4.615 ms

0.577 ms

Ca'ali

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Ca'ali5sici

Più precisamente, quindi, un canale fisico è definito daun numero di time slot, dalla sequenza dei numeri di

trama e dalla legge di frequency hopping.

La frequenza della portante varia da un burst all’altro (SFH,Slow Frequency Hopping) secondo una legge che, a partiredalla cella e dal mobile assegnati, mappa univocamente il

numero corrente di trama su un canale radio.

trama n +3

Un canalefisico utilizzasempre lo

stesso numerodi time slot intutte le trame.

Un canalefisico utilizzasempre lo

stesso numerodi time slot in

tutte le trame.

o p z i o n e d e l

p r o v i d e r !

Struttura delle trame di

7/21/2019 gsm.ppt



Struttura delle trame ditra>co/se<'ala.io'e I

Le multitrame da 51 trame

ciascuna (durata: 235 ms) sonoutilizzate per i canali comuni eper i canali di controllo (CCH).

Le trame TDMA sono identificate da un numero di trama,che è ciclico e va da 0 a 26·51·2048-1=2 715 647; un cicloha pertanto durata pari a 3 h 28’ 53.76” (ipertrama).

L’ipertrama consiste di 2048supertrame (durata: 6.12 s), a lorovolta costituite da 51 multitrame di

26 trame ciascuna o da 26multitrame di 51 trame ciascuna.

Le multitrame da 26 trame

ciascuna (durata: 120 ms) sonoutilizzate nella trasmissione deicanali di traffico (TCH).

7/21/2019 gsm.ppt


7/21/2019 gsm.ppt


Ritardo do!nlin"#

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ritardo di propagazione

andata/ritorno

Ritardo do!nlin"uplin"

I TCH relativi all’uplinked al downlink per unutente mobile sono

separati da treintervalli di slot (allaBTS) per evitare latrasmissione e laricezione simultanee

se non vi fosseritardo di

propagazione!

se non vi fosseritardo di

propagazione!

in realtà la MS deve anticipare!in realtà la MS deve anticipare!

Canali di traco

7/21/2019 gsm.ppt



($CH)

Vi sono anche canali TCH a 1/4 o a 1/8 della

velocità, usati per segnalazione e detti Stand-AloneDedicated Control Channels (SDCCH, SDCCH/4,SDCCH/8). Essi sono utilizzati per il servizio SMS,per l’aggiornamento della posizione del mobile ecc.

I canali di traffico TCH/F (full-rate) consentono latrasmissione di voce codificata a 13 kbit/s o di dati

alla velocità massima di 9.6 kbit/s (ora 14.4 kbit/s).

Gli stessi canali TCH/F vengono utilizzati per lasegnalazione inerente al set-up o al rilascio di unachiamata,o all’esecuzione degli handover ecc. (intal caso lo stealing flag nel burst viene settato a 1).

Oltre ai suddetti TCH/F vi sono i canalihalf-rate TCH/H(non ancora implementati ovunque), che consentono ilraddoppio della capacità voce attraverso l’impiego dicodificatori a 6.5 kbit/s al posto degli attuali 13 kbit/s.

Canali di controllo%segnalazione (CCH)

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%"43 Reti radio mobili cellulari: il

g ( )# I

Vi sono deicanali dedicati che imobili utilizzano per passare allostato attivo; inoltre nel corso diuna comunicazione essi eseguono

il monitoraggio continuo delle BTScircostanti per consentirel’handover e per altre funzioni.

Sono definiti nell’ambito di una multitrama costituita da 51 trame,sincronizzata (a livello di supertrama) con quella a 26 trame deiTCH per facilitarne il monitoraggio da parte degli utenti mobili.

Vi sono deicanali comuni (ades. il Broadcast Control

Channel, BCCH) che il mobileascolta anche se nellostato

idle (stand-by), per stabilire seesso viene chiamato o perinizializzare una chiamata.

Canali di controllo%segnalazione (CCH)

7/21/2019 gsm.ppt


%%44 Reti radio mobili cellulari: il

g# II

Broadcast Control Channel (BCCH): invio continuo suldownlink delle informazioni relative a identità BTS, allocazionedelle frequenze e sequenze di FH.

Frequency Correction Channel (FCCH) e Synchronization(SCH) Channel: usato per la sincronizzazione del mobile allafrequenza di portante e alla trama della cella (inizio trama enumerazione time slot); ciascuna BTS irradia un FCCH e un

SCH esattamente sui primi slot di trame dedicate. Random Access Channel (RACH): di tipo Slotted Alhoa, usatodal mobile per richiedere l’accesso alla rete.

Paging Channel (PCH): usato per allertare un mobile di unachiamata in arrivo.

Access Grant Channel (AGCH): usato per allocare un SDCCHad un mobile per segnalazione (allo scopo di ottenere uncanale dedicato), a seguito di una richiesta sul RACH.

Struttura dei

7/21/2019 gsm.ppt


%(45 Reti radio mobili cellulari: il

&urst

Il burst più corto si usa perl’accesso alla rete, cheavviene sul canale RACH(Random Access Channel)con tecnica Slotted Aloha

Il burst più corto si usa perl’accesso alla rete, cheavviene sul canale RACH(Random Access Channel)con tecnica Slotted Aloha

Coda: 3 bit

Inormazione: 3! bit

"llineamento: #$ bit

Canali di traffico esegnalazione normali

Canale FCCH

Canale SCH

Struttura dei &urst di

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%+46 Reti radio mobili cellulari: il

traco

Tenendo conto della struttura

della multitrama di traffico, lavelocità di trasmissione dei datiè pari a 22.8 kbit/s, mentre lavelocità di trasmissione sulcanale è 270.83 kbit/s

Tenendo conto della strutturadella multitrama di traffico, lavelocità di trasmissione dei datiè pari a 22.8 kbit/s, mentre lavelocità di trasmissione sulcanale è 270.83 kbit/s

gli 8.25 intervalli di bit diguardia hanno lo scopodi evitare collisioni traburst adiacenti

στεαλινγ φλα

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Codi5ca della 4oce II

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y(n)

II

Invece di trasmettere x(n) ,vengono trasmessi icoefficienti del filtro, più unaversione codificata dell’erroredi predizione (Linear

Prediction Coding, LPC)

Invece di trasmettere x(n) ,vengono trasmessi icoefficienti del filtro, più unaversione codificata dell’erroredi predizione (Linear

Prediction Coding, LPC)

predizione errore di predizione (residuo) abasso contenuto informativo

Il numero dei dati da

trasmettere è inferiore!

I campioni precedenti x(n-1),…, x(n- L), chenon cambianomolto rapidamente, vengonoutilizzati, attraverso una

combinazione lineare (filtro),per prevedere l’ampiezza x(n) del campione corrente .

^

Codi5ca della 4oce III

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IIIIn ricezione è possibile realizzare la struttura inversa alla precedentee pilotarla con l’errore di predizione y(n), che costituisce lasequenzadi eccitazione,ottenendo così la sequenza di partenza x(n) ...

Questa tecnica vieneulteriormente affinatanotando che quando sipronunciano le vocali ilsegnale emesso è

pressoché periodico (conperiodo di pochi ms), eche il residuo y(n) contienequindi una componenteperiodica che può esserepredetta e rimossa con unpredittore a lungo termine(LTP) di semplicerealizzazione.

6

/

7I-T! 5I

P!)5I9IN)

A !);) T#

x(n) x(n)^ y(n)

+

-

FILTRO DI

PREDIZIONE

A LUNGO T.

y(n)^ z(n)

nuova sequenza

di eccitazione

Codi5ca della 4oce I$

7/21/2019 gsm.ppt



I$

Pertanto la vocecodificata corrisponde a13 kbit/s, cui vannoaggiunti ulteriori bit dicodifica di canale.

all<analisi dibreve e lungtermine

Il parlato viene suddiviso inblocchi di 20 ms (160

campioni), per ciascuno deiquali il codificatore genera 260bit, invece dei 1280 bit di unsegnale PCM standard.

Il rapporto di compressione è

pari a circa 5:1.

Codi5ca della 4oce $

7/21/2019 gsm.ppt



$I' 2ratica si ,a cos?@@@

ridondanza a lungotermine + innovazione

innovazione

innovazionequantizzata

ridondanza a lungotermine stimata

ridondanza a lungo

termine + innovazionericostruite

ridondanza a brevetermine + ridondanza a

lungo termine +innovazione

7/21/2019 gsm.ppt


Codi5ca dica'ale

7/21/2019 gsm.ppt


("53 Reti radio mobili cellulari: il

ca'ale

La voce ed i dati alledifferenti velocità, nonché

la segnalazione,impiegano algoritmi di

codifica specifici, condiversi livelli diridondanza che

garantiscono differentigradi di protezione.

Codi5ca di ca'ale 2er la 4oce I

7/21/2019 gsm.ppt


(%54 Reti radio mobili cellulari: il

I

I 260 bit che rappresentano il generico blocco vocale di 20 msvengono suddivisi in 3 classi, a seconda della loro importanza:• Classe Ia (50 bit) - massima sensibilità agli errori

• Classe Ib (132 bit) - sensibilità moderata agli errori

• Classe II (78 bit) - minima sensibilità agli errori

Ai 50 bit della classe Ia vengono aggiunti 3 bit attraverso uncodificatore a blocco ciclico (CRC) per consentire la rivelazionedi errori.

Se in ricezione si rileva un errore in questo gruppo di bit, l’interoblocco di 260 bit viene scartato in quanto ritenutoincomprensibile e viene sostituito con una versione attenuata

dell’ultimo blocco valido.

Codi5ca di ca'ale 2er la 4oce II

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((55 Reti radio mobili cellulari: il

II

I 53 bit della classe Ia insieme ai 132 bit della classe Ib ed a 4 bit di

coda (totale: 189 bit) sono inviati ad un codificatore convoluzionale dirate 1/2 e constraint length 4.

I 378 bit così ottenuti sono uniti ai 78 bit di classe II (non protetti), inmodo da ottenere una sequenza di 456 bit, corrispondente ad un bitrate di 22.8 kbps.

Ciascuna sequenza viene sottoposta ad interleaving a blocchi, ovveroviene suddivisa in 8 sottosequenze di 57 bit ciascuna, che vengonoinviate, in ordine alterato, su 8 burst di altrettante trame di trafficoconsecutive.

Poiché ogni burst ospita 2 sequenze da 57 bit, ogni TB trasportatraffico relativo a 2 blocchi vocali consecutivi A e B.

I bit del blocco A occupano le posizioni pari all’interno del burstmentre quelli del blocco B le posizioni dispari.

Cate'a di elabora.io'e 2er i se<'ali4ocali

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(+56 Reti radio mobili cellulari: il

4ocali

Per un segnale datisono assenti i blocchidi speech coding anddecoding, ed è diversa

la codifica di canale

Per un segnale datisono assenti i blocchidi speech coding anddecoding, ed è diversa

la codifica di canale

Struttura del se<'ale I

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La modulazione impiegata è la Gaussian Minimum Shift Keying(GMSK), che è una modulazione binaria a fase continua (CPM):

s(t $ ='%b

& bcos'' 0t 6((t $6)( $

energia

per bit

intervallodi bit

fase ineccesso

fase della

portante

freq. della

portantesegnale

trasmesso

((t $=''* +n

n

> q(t ?n& b$

indice di

modulazione (h=1/2)

segnale

modulante

simboli

informativi (±1)

risposta in fase del

modulatore

Struttura del se<'ale II

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Risposta in fase delmodulatore q(t $= g(,$d,

?@

t

g(t $ = p(t $B*(t $Impulso infrequenza

p(t $

& b0

%

'& b

h(t ) è una gaussianadi banda B a -3 dBpari a BT b = 0 .3

Sc3ema del modulatoreGMS

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SORGENTE BINARIA

FILTROGAUSSIANO

MODULAT. FM (h =1/2)

s(t ) un

12T b

rect ¯t

T b( )

12T

b ∑

ν υν

ρεχτ[(τ −νΤ )/Τ ]β β

(β Τ = 0.3)β

Il filtro gaussiano,

smussando l’impulso infrequenza rispettoall’andamentorettangolare, consente diottenere uno spettro piùcompatto.

h(t )

tempo

GMS S2ettro di 2ote'.a e dia<ramma adocc3io

7/21/2019 gsm.ppt



43210frequenza normalizzata, fT b

GMSK, BT b=0.5GMSK, BT b=0.3

MSK

/C0

/30

/D0

/E0

/10

/'0

/%0

0

Al diminuire dellabanda del filtro

gaussiano, lo spettrodiventa sempre più

compatto

-2 -1 0 1 2

tempo normalizzato, t/T b

GMSK, βΤ β =0.3

/%#0

/0#D

0#0

0#D

%#0

Il diagramma a occhio(componente I o Q)

mostra la presenza di unlivello modesto di ISI sulcanale gaussiano

istante ottimalecampionamento

GMS Demodulatore subottimo su ca'ale<aussia'o

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FILTRO

ADATTATO

IN MEDIA kT

0

r (t) I

u (t) I

s(t)+w(t) 2 cos2πφ τ 0

κΤ+Τ/2

0

ρ (τ) Θ

υ (τ) Θ

−2 σιν2πφ τ 0

α κ−1^

bk-1

^FILTRO

ADATTATO

IN MEDIA

La modulazioneGMSK può essereapprossimata con una

modulazione lineare I-Q con offset

Quindi sul canalegaussiano si può usareun demodulatore I-Q in

offset

Struttura del ca'aleradiomobile

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Il canale radiomobile è caratterizzato da:•una molteplicità di cammini (canale multipath) dovuti ariflessioni e diffrazioni del campo e.m. dall’ambientecircostante, che possono introdurreselettività in frequenza;

•tempo-varianza della risposta, dovuta al movimento dellaMS, che introduce variazioni nel livello del segnale ricevuto(selettività nel tempo)

cammino diretto

cammino riflessocam m ino diffratto

Seletti4it6 'eltem2o

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+"63 Reti radio mobili cellulari: il

Andamento tipico a breve termine(valore RMS pressoché costante) dellivello del segnale ricevuto su unterminale mobile dotato di velocitàcostantev (ambiente urbano). A lungotermine il valore RMS subisce variazionisecondo una legge del tipo , doved è la distanza TX-RX eγ è unesponente compreso tra 2 e 4.

k d γ

≈

L’ampiezza del segnalericevuto può essere

ritenuta costante in tempimolto minori diλ / v (λ / v ≅ 20 ms@ 50 km/h per il

sistema GSM)

Il processo “livello ricevuto”può ritenersi stazionario insenso lato in un tempoentro il quale non variaapprezzabilmente il tipo diambiente e la distanza MS-

BTS.

CRITERI PROGETTUALI

Seletti4it6 i',re-ue'.a

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+%64 Reti radio mobili cellulari: il

La risposta impulsiva di un canalemultipath stazionario è del tipo

Ad esempio, se ladispersione temporale èdell’ordine di 10µs, non siha selettività in frequenzasolo per segnali la cui

banda è molto minore di100 kHz.

Il canale può ritenersi nonselettivo in frequenza se labanda del segnale è moltopiù piccola dell’inversodella dispersionetemporale.

CRITERI PROGETTUALI

c̃(t ) = F χν ν =1

Ν

∑ δ τ ?τ ν ( )

numero dipercorsi

ritardi dipropagazionecoefficienti

complessi

Modello statistico del se<'alerice4uto

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+(65 Reti radio mobili cellulari: il

Un buon modello statistico perl’ampiezza del segnale

ricevuto in ambiente urbano(TU), dove in genere TX e RXnon sono in vista e quindi nonesiste il raggio diretto, è quellodi Rayleigh:

In ambiente rurale (RA) ocollinare (HT), dove tipicamenteesiste il raggio diretto, unmodello più realistico è quello diRice:

Ca'ali radiosta'dard

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++66 Reti radio mobili cellulari: il

TI)! DICA*ALE

Cammi'oBn

Ritardoτ

ν

, µσ)

Ριταρδο νορµα

λιζζατο,

ν

β

Ποτενζα

ρελατιϖα, δΒ)

1 0.0 0.000 −3.02 0.2 0.054 0.0

ΤΨΠΙΧΑΛ 3 0.5 0.135 −2.0 ΥΡΒΑΝ (ΤΥ) 4 1.6 0.432 −6.0

5 2.3 0.621 −8.06 5.0 1.351 −10.0

1 0.0 0.000 0.02 0.1 0.027 −1.5

ΗΙΛΛΨ 3 0.3 0.081 −4.5ΤΕΡΡΑΙΝ (ΗΤ) 4 0.5 0.135 −7.5

5 15.0 4.054 −8.06 17.7 4.649 −17.7

1 0.0 0.00 0.02 0.1 0.027 −4.0

ΡΥΡΑΛ 3 0.2 0.054 −8.0ΑΡΕΑ (ΡΑ) 4 0.3 0.081 −12.0

5 0.4 0.108 −16.06 0.5 0.135 −20.0

1.41.21.00.80.60.40.20.0

Ritardo normalizzato, τ ν /Τ β

ΧΑΝΑΛΕ ΤΥ

/%'

/%0

/8

/3

/E

/'

0

Nell’ambienteTU si assumeassente il raggiodiretto

Struttura del demodulatore sul ca'ale co',adi'<

ha funzione di

ha funzione di

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FILTRO ADATTATO

PROCESSORE DI VITERBI

2kT b +T b

STIMA DELLA

RISPOSTA

IMPULSIVA DEL

CANALE

x(t )

x (t ) R

2 cos2 f π 0 t 2kT

b

h~ (t )

{χ π }, {ξ π +1}

α

⊥ , β

⊥

ψ , κ

ψ Θ ,2κ +1

−2 σεν2π φ τ 0

ξ (τ )Ι

contiene la fasedella portante

termini di ISI da fornireall’equalizzatore di

Viterbi

adesso ènecessariostimare edequalizzare ilcanale burstper burst!

adesso ènecessariostimare edequalizzare ilcanale burstper burst!

equalizzatoreequalizzatore

Sc3ema ,u'.io'aleTR

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Salti i' ,re-ue'.a79

L’algoritmo di frequency hopping, radiodiffuso sul BCCH,

7/21/2019 gsm.ppt



Un ulteriore effettobenefico è quello della“randomizzazione”

dell’interferenza co-canale dovuta aicluster adiacenti.

trama n +3

g q y pp g, ,associa un canale radio alla particolare combinazione corrente

di cella del cluster, di utente e di numero di trama.

L’introduzione dei salti infrequenza allevia ilproblema del fading da

cammini multipli, che èfortemente dipendentedalla frequenza

Trasmissio'e disco'ti'ua 2er la 4oceDT9

Ilburstditrafficovocalevienegeneratoe

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Il burst di traffico vocale viene generato etrasmesso solo quando è presente il

segnale,la cui rilevazione è affidata ad un

voice activity detector (VAD).

riduzionedell’interferenza co-canale dovuta ai cluster

adiacenti risparmio dienergia (aspettorilevante per le MS)

VANTAGGI

In assenza della voce,

introduzione delcomfort noise di livello calibrato sulla stimadel rumore di fondo

possibili errori difalsa rivelazione e dimancata rivelazione della

voce, che hanno rispettivamenteimpatto sull’efficienza della DTX osulla qualità della voce (clipping)

SVANTAGGI

Rice.io'e disco'ti'uaDR9

LatecnicaDRXèutilizzatadallaMS

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Ciascuna MS deve ascoltaresoltanto il proprio sotto-canale, chele è assegnato al momentodell’accesso alla rete, rimanendo

nel modo idle nel resto del tempo,e minimizzando quindi i requisiti dipotenza.

La tecnica DRX è utilizzata dalla MSquando essa si trova nello stato di attesadi chiamate (idle o stand-by).

Consiste nell’accensione dei circuiti diricezione solamente quando sull’antennaè presente il sotto-canale di segnalazionerelativo alla MS.

Il canale di paging (PCH),utilizzato dalla BTS persegnalare una chiamata in

arrivo, è infatti strutturato insotto-canali (slot).

7/21/2019 gsm.ppt


Co'trollo di2ote'.a

È opzionale per il provider, e presenta il vantaggio di

7/21/2019 gsm.ppt



Sia la MS che la BTS sono ingrado di misurare il livello e/o laqualità (BER) dei segnaliricevuti.

La MS effettua la misura e

passa l’informazione alla BSC,che alla fine decide se e quandoil livello di potenza debba esserecambiato; analoga proceduraviene eseguita dalla BTS-BSCnei confronti della MS. La potenza trasmessa (sia da MS che

da BTS) è la più piccola compatibile conla qualità minima stabilita per il segnale

La potenza trasmessa (sia da MS cheda BTS) è la più piccola compatibile conla qualità minima stabilita per il segnale

p p p , p ggincrementare la capacità della rete minimizzando

l’interferenza, oltre a consentire un risparmio di energia.

Dime'sio'e dellecelle

7/21/2019 gsm.ppt



La dimensione delle celle è legataalla densità geografica di utenti da

servire: maggiore è questa densità,minore deve essere il diametrodelle celle, e minori le potenzeirradiate per mantenere accettabileil rapporto segnale-interferenza.

La dimensione massima delle celle èpari a circa 35 km; questa si trovaricordando che l’anticipo ditrasmissione è codificato con 6 bit, e

quindi esso è al più 64 intervalli dibit, ovvero 236µs.

La dimensione minimasi trova nei centri urbanie può essere inferiore alkm (micro e picocelle).

Limiti alli'ter,ere'.a coca'ale e da ca'aleadiace'te

LespecificheGSMstabiliscono

7/21/2019 gsm.ppt



Le specifiche GSM stabilisconoun limite (9 dB) al rapporto trasegnale e interferenza co-canale.

Tale limite consente di stabilirequale deve essere il fattore diriuso delle frequenze e quindi ilnumero di celle del cluster.

Circa l’interferenza da canaleadiacente, il ricevitore devefunzionare correttamentequando il suddetto canale hapotenza fino a 10 dB superiore aquella utile. Ciò pone requisiti

stringenti sullo spettro delsegnale e sulle risposte dei filtriseparatori di canale.

S!TT!SISTEMA DI RETE E C!MMUTAFI!*E *SS9

7/21/2019 gsm.ppt



Funzioni principali del Network & Switching Subsystem (NSS)

gestione delle procedure dihandover per il passaggio da unacella ad un’altra.

aggiornamento delle posizioni delle MS all’interno della rete

registrazione e autenticazione degli utenti

routing delle chiamate

Funzioni principali del Network & Switching Subsystem (NSS)

gestione delle procedure dihandover per il passaggio da unacella ad un’altra.

aggiornamento delle posizioni delle MS all’interno della rete

registrazione e autenticazione degli utenti

routing delle chiamate

Queste funzioni sono eseguiteprincipalmente attraverso il MobileApplication Part (MAP) costruito sulprotocolloSignaling System n. 7

(SS7), che è lo stesso protocollo disegnalazione utilizzato nella reteISDN.

Queste funzioni sono eseguiteprincipalmente attraverso il MobileApplication Part (MAP) costruito sulprotocolloSignaling System n. 7

(SS7), che è lo stesso protocollo disegnalazione utilizzato nella reteISDN.

Struttura del 2rotocollo dise<'ala.io'e I

Um A

7/21/2019 gsm.ppt



T5MA

-AP5m

!!

MM

"M

GSMLi4ello "

Li4ello

Li4ello 1

Sta.io'e mobile

T5MA

-AP5m

!!

#TS

MTP

""P

MAP

#SC

Abis

MTP

""P

MSC

MAP

MM

"M

TDMA=Time Division Multiple AccessLAPDm=Link Access Protocol for theData channel (modified)

MTP=Message Transfer PartSCCP=Signaling Connection ControlPart

RR=Radio ResourceBSSMAP=BSS Management PartMM=Mobility Management

CM=Communication Management

Struttura del 2rotocollo di se<'ala.io'e II

Protocollodisegnalazionestrutturato

Protocollodisegnalazionestrutturato

7/21/2019 gsm.ppt



Protocollo di segnalazione strutturatofondamentalmente in 3 livelli, dipendenti

dall’interfaccia (IF) considerata.

Protocollo di segnalazione strutturatofondamentalmente in 3 livelli, dipendenti

dall’interfaccia (IF) considerata.

Il primo livello è quellofisico, che impiegale strutture di canale già viste sull’IF radio.

Il secondo è quello didata link. Sull’IFradio utilizza una versione modificata (m)del protocolloLAPD di ISDN, mentresull’IF A usa il protocollo MessageTransfer Part (MTP) Layer 2 di SS7.

Il primo livello è quellofisico, che impiegale strutture di canale già viste sull’IF radio.

Il secondo è quello didata link. Sull’IFradio utilizza una versione modificata (m)del protocolloLAPD di ISDN, mentresull’IF A usa il protocollo MessageTransfer Part (MTP) Layer 2 di SS7.

...

7/21/2019 gsm.ppt


GESTI!*E DELLA RIS!RSA RADI! RRM9

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•Il livello RR controlla l’instaurazione, ilmantenimento e laterminazione del collegamento (sia radio che fisso) tra MS e MSC.

•A tale scopo esso crea e gestisce unasessione RR, che viene iniziatadalla MS attraverso laprocedura di accesso (sia per chiamataentrante che uscente) e terminata alla fine della comunicazione.

•In particolare, il livello RR controlla l’assegnazione deicanali dedicati per il set-up di una comunicazione nonché la struttura deisotto-canali

di paging.•Come detto, il livello RR provvede almantenimento di unacomunicazione cambiando eventualmente una o più volte il canalefisico sul quale essa ha luogo (handover).

•Esso gestisce alcuni aspetti radio come ilcontrollo della potenza, latrasmissione e la ricezione discontinua, lasincronizzazione deiburst nel link di ritorno.

7a'do4er I

In una rete cellulare, i collegamenti radio e fissi non sono assegnatii i i

7/21/2019 gsm.ppt



•handover tra celle controllate daBSC diversi, sotto un unico MSC;

•handover tra celle controllate daMSC diversi.

in modo permanente durante una chiamata, ma possono variare.

Il termine “handover”indica la commutazionedi una chiamata su uncanale o su una cella

differente e, insiemealle procedure diaccesso, costituisceuna delle funzioni piùimportanti controllatedal livello RR.

•handover tra canali (slottempo/frequenza) nella stessa cella

•handover tra celle controllate dallo

stesso BSC

*andoverinterni

*andoverinterni

*andoveresterni

*andoveresterni

uattrodi4ersi ti2i di3a'do4er:

7a'do4er II

7/21/2019 gsm.ppt



Gli handover internicoinvolgono un solo BSC e,

per risparmiare banda disegnalazione, sono gestitidal BSC senza intervento delMSC salvo nella fase finaledi notifica.

Gli handover esterni sonogestiti dagli MSC coinvolti.L’MSC iniziale (dettoanchor MSC) rimane responsabiledelle funzioni relative allechiamate, ad eccezione deisuccessivi handover inter-BSC, gestiti dal MSCcorrente (dettorelay MSC).

7a'do4er III

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8"83 Reti radio mobili cellulari: il

Gli handover possono essere

decisi dal MSC come mezzo di

bilanciamento del traffico...

…oppure dal mobile, il quale negli

slot in cui non vi è trasmissione

misura il livello dei canali BCCH

delle celle vicine, e forma una listadelle celle migliori candidate

all’handover.

Tali dati vengono periodicamente

(almeno una volta al secondo)

trasmessi al MSC e usati per

l’algoritmo di handover.

7a'do4er I$

Unveroeproprioalgoritmodihandovernonè

Un vero e proprio algoritmo di handover non è

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8%84 Reti radio mobili cellulari: il

L’algoritmo a “bilancio dipotenza” usa l’handoverper tentare di mantenere omigliorare la qualità dei

segnali con potenzauguale o inferiore.

Un vero e proprio algoritmo di handover non èspecificato nelle raccomandazioni GSM. Ve ne sonodue tipi base, entrambi correlati al controllo di potenza:

p p gspecificato nelle raccomandazioni GSM. Ve ne sonodue tipi base, entrambi correlati al controllo di potenza:

L’algoritmo a “prestazioni minimeaccettabili” dà priorità al controllo di potenzasull’handover, in modo che quando il livellodel segnale scende sotto un certo limite,viene incrementata la potenza trasmessa

dalla MS. Quando questa misura nonmigliora le prestazioni, allora viene attivata la

procedura di handover.

Semplice ma tende adestendere e sovrapporrele celle, nonché ad

incrementarel’interferenza.

Semplice ma tende adestendere e sovrapporrele celle, nonché ad

incrementarel’interferenza.

Evital’allargamentodelle celle eriduce

l’interferenza, marisulta piuttostocomplicato.

Evital’allargamentodelle celle eriduce

l’interferenza, ma

risulta piuttostocomplicato.

GESTI!*E DELLA M!#ILITH MM9

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8(85 Reti radio mobili cellulari: il

•E’ uno specifico livello costruito sopra il livello RR, ed ha la scopodi gestire le funzioni derivanti dalla mobilità della MS (gestionedellalocalizzazione), nonché gli aspetti diautenticazione e disicurezza.

•La gestione dellalocalizzazione comprende le procedure checonsentono alla rete di conoscere laposizione corrente dellaMS, in modo da rendere possibile l’instradamento verso di essadi chiamate provenienti dall’esterno.

•Le procedure diautenticazione hanno lo scopo di accertarel’effettivaidentità dell’utente attraverso lo scambio di opportunicodici identificativi.

•La sicurezza attiene allacifratura dei messaggi trasmessi, inmodo da renderli inintelligibili alle eventuali intercettazioni, e alla

verifica della legittimità di uso dell’hardware attraverso controllodel codiceIMEI.

Aree dilocali..a.io'e

Un mobile acceso viene informato di una chiamata in arrivoUn mobile acceso viene informato di una chiamata in arrivo

7/21/2019 gsm.ppt


8+86 Reti radio mobili cellulari: il

U obeacceso ee o atoduac a ata a oda un messaggio di paging trasmesso sul PCH.da un messaggio di paging trasmesso sul PCH.

Compromesso: raggruppare le celle inCompromesso: raggruppare le celle inaree di localizzazione (LA)aree di localizzazione (LA). I. I

messaggi di aggiornamento della posizione sono richiesti nelmessaggi di aggiornamento della posizione sono richiesti nelpassaggio tra diverse aree, mentre le chiamate vengono trasmessepassaggio tra diverse aree, mentre le chiamate vengono trasmesse

solo sui PCH delle celle coinvolte.solo sui PCH delle celle coinvolte.

Due soluzioni estreme:

•inviare il messaggio di pagingdi ogni chiamata su tutte lecelle

•far notificare al sistema laposizione corrente del mobile alivello di singola cella

spreco di banda radio!

grande frequenza di

messaggi diaggiornamento dellaposizione!

)rocedura di locali..a.io'e I

L l li i dl bil i l’ dlMSC

7/21/2019 gsm.ppt



La localizzazione del mobile avviene attraverso l’uso del MSCLa localizzazione del mobile avviene attraverso l’uso del MSCe di due registri: l’Home Location Register (HLR) e il Visitore di due registri: l’Home Location Register (HLR) e il Visitor

Location Register (VLR)Location Register (VLR)

accensione del mobileoingresso in una nuova LA(sia dello stesso che di unnuovo operatore PLMN)

Il mobile:

•ascolta il canale BCCHper l’identificazione

della LA•rileva la nuova LA

•invia un messaggio diaggiornamento dellaposizione al MSC/VLR

)rocedura di locali..a.io'e II

1. Invio delle informazioni dilocalizzazione del mobile (MSRN o, più

7/21/2019 gsm.ppt



NEWMSC/VLR

HLR

( ,pspesso, indirizzo SS7 del MSC/VLR)

OLDMSC/VLR

2. Invio di unsottoinsieme delleinformazioni relativeall’abbonato perconsentire il controllo

delle chiamate

3. Invio di un messaggioalla vecchia MSC/VLR

per la cancellazionedella registrazioneprecedente

utente

)rocedura 2eriodica di a<<ior'ame'to della2osi.io'e

PermotividiaffidabilitàIl id di i tè lt

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Una procedura legata all’aggiornamento diposizione e l’attach/detach dell’IMSI: undetach informa la rete che l’utente èirraggiungibile (evitando procedure di

assegnazione canali e paging), mentre unattach informa il sistema che il mobile è di

nuovo raggiungibile.

Per motivi di affidabilità(contro eventuali perdite di

dati nel HLR e/o VLR), èprevisto anche unaggiornamento periodico diposizione da parte dei mobili,anche se essi non sono in

movimento.

Il periodo di aggiornamento è sceltotenendo conto dell’intensità di traffico di

segnalazione e della velocità con cui larete può recuperare da eventuali eventidi fuori servizio dell’HLR o del VLR.

Se un mobile non invial’aggiornamento trascorso iltempo previsto, esso viene

deregistrato.

Aute'tica.io'e delmobile

L’autenticazione coinvolge la scheda SIM del mobileed il Centro di Autenticazione (AuC)

7/21/2019 gsm.ppt



( )

A ciascun abbonato viene assegnatauna chiave segreta, una copia dellaquale è memorizzata nella scheda SIM

ed un’altra nell’AuC.

Durante l’autenticazione, l’AuCgenera un numero casuale e

lo invia al mobile.

Sia il mobile che l’AuC, impiegandosia il numero casuale che la chiavesegreta, generano un’ulteriore parola(SRES, Signed Response) permezzo di un algoritmo di cifratura

chiamato A3.

Il mobile invia la SREScalcolata all’AuC, il quale laconfronta con il risultato dellasua elaborazione. Se le dueparole coincidono il mobile è

autenticato.

Ci,ratura deimessa<<i

Lostessonumerocasualeinizialeinsieme

7/21/2019 gsm.ppt



Lo stesso numero casuale iniziale, insiemealla chiave segreta, viene anche usato per

calcolare una chiave di cifratura attraversoun algoritmo chiamato A8.

La chiave di cifratura ed il numero di tramaTDMA vengono impiegati dall’algoritmo A5 percreare delle sequenze di 114 bit che vengono

XOR-moltiplicate ber i bit del burst.

In tal modo la decifrazione dei segnali èestremamente difficoltosa, dato che allacodifica, all’interleaving, alla trasmissione

TDMA si somma la cifratura.

Co'trollodellIMEI

Un altro livello di sicurezza ha per oggetto ilterminabilemobilestessoenonlaschedaSIM

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terminabile mobile stesso, e non la scheda SIM

EquipmentIdentity Register

(EIR)

contiene una lista degliidentificativi IMEI dei

terminali

INTERROGAZIONE

DELL’EIR

•OK, terminale abilitato

•terminale sotto osservazioneper possibili problemi

•terminale non abilitato (es.perché rubato o di tipo nonammesso)

POSSIBILI

RISPOSTE

GESTI!*E DELLE C!MU*ICAFI!*I CM9

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Strato CM

Controllo delle chiamate (CC)

Gestione servizi supplementari (SSM)

Short message service (SMS)

•La funzione più importante è la CC, nella quale sono state riprodotte leprocedure ISDN codificate nella specifica Q.931, pur con le differenzedovute alla particolare applicazione.

•Tra le funzioni del CC sono comprese il set-up delle chiamate, la

selezione del servizio desiderato, e il rilascio della chiamata

*umeri 5ssidellabbo'ato

A differenza dell’utente di una rete fissa, un utente GSMpuòspostarsiinun’areamoltovastacopertada

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Il numero che viene composto perl’accesso dall’esterno ad un utenteGSM è il numero MSISDN (MobileSubscriber ISDN) in accordo al

piano di numerazione E.164

può spostarsi in unarea molto vasta, coperta dadifferenti provider (roaming internazionale)

39 348 1234567

codicenazione(Italia)

codiceoperatore

identificativoHLR eabbonato

punta ad unalocazionedell’HLR!

punta ad unalocazionedell’HLR!

Per scopi interni alle reti GSM, unutente viene identificato attraverso ilnumero IMSI (International Mobile

Subscriber Identity)

222 11 111...1111

codice

nazione(Italia)

codice

operatore

Identificativo

abbonato(almeno 10cifre)

*umeri tem2ora'ei delmobile

Quandounmobilevienechiamato Allaregistrazioneenelpassaggiotra

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Quando un mobile viene chiamatodall’esterno, la MSC corrente

assegna ad esso un numero dirouting temporaneo dettoMSRN (Mobile Station Routing Number)per consentire il collegamento traGMSC ed il mobile

Alla registrazione e nel passaggio tradiverse aree di localizzazione, al

mobile viene assegnato, da partedella MSC, un identificativo dettoTMSI (Temporary Mobile StationIdentity), che è un alias dell’IMSIutilizzato per aumentare la

riservatezza

Il MSRN viene assegnato chiamataper chiamata, e non lasciato al

mobile per tutta la sua permanenzasotto la MSC, per la scarsità dinumeri di routing a disposizione

della MSC stessa

Il TMSI viene concordato tramobile e MSC con una

comunicazione cifrata, ed èutilizzato per le comunicazioniMS-MSC (ad es. paging)

Routi'< delle c3iamate 5ssomobile

Abbonatofisso

SwitchPSTN/ISDN

GMSC HLR SwitchPSTN/ISDN

MSC/VLR Stazionemobile

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fisso PSTN/ISDN PSTN/ISDN mobile

puòmancarepuòmancareMSISDN

MSISDNMSISDN

IMSI

MSRN

MSRN

MSRNMSRN

TMSI

linea tratteggiata= interrogazione/rispostadel HLR

linea tratteggiata= interrogazione/rispostadel HLR

Routi'< delle c3iamate mobile5sso

Stazione MSC/VLR Switch Abbonato

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mobile PSTN fisso

NumeroPOTS

NumeroPOTS

NumeroPOTS

In questo caso il set-

up della chiamata èmolto più semplice, inquanto dallaMSC/VLR si puòdirettamenteaccedere alla retefissa senza passare

dal GMSC.

In questo caso il set-up della chiamata èmolto più semplice, inquanto dallaMSC/VLR si puòdirettamenteaccedere alla retefissa senza passare

dal GMSC.

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