A GSM rendszer jellemz

1
A GSM rendszer jellemzése, a rendszer
szolgáltatásai

• A rendszer fo elemei
• mobil állomás (MS-Mobile Station)
• GSM hálózat.
• MS
• a föld felszínén (légijármu kizárva) mozog, vagy
  elore meg nem határozható helyen áll,
• a mobil berendezésbol (ME) és az elofizetoi
  azonosító modulból (SIM-Subscriber Identity
  Module) áll.
• A mobil állomásnak háromféle használati módja
  definiált, ezek gépjármube szerelt,
• hordozható,
• kézi mobil állomás.
• A GSM rendszer története
• 1984-ben a CEPT keretein belül az ajánlás
  kidolgozását végzo munkacsoport felállítása,
• 1985-ben a munkacsoport részletes ajánlást
  készített a megvalósítandó hálózatról.
• 1988-ban létrehozták az ETSI-t (European
  Telecommunication Standard Institute), mely
  többek között átvette a GSM szabvány
  kialakításának feladatát is a CEPT-tol.
• Az ETSI által elkészített muszaki specifikációt
  1990-1991-ben publikálták.

2
A GSM rendszer jellemzése

• Szolgáltatások
• - Az MS bolyongásának biztosítása
• - A távbeszélo szolgáltatás mellett a rendszer
  kapcsolódhasson más szolgáltatásokhoz, pl. ISDN
  hálózathoz
• - A rendszernek biztosítania kell a már meglévo
  PSTN/ISDN rendszerek által biztosított
  szolgáltatásokat, és a mobil rendszer
  tulajdonságai által lehetové tett egyéb
  szolgáltatásokat
• - Az MS-ek muködhessenek hajók fedélzetén
• - A rendszerhez különbözo MS-ek
  kapcsolódhassanak, kézi, gépkocsiba épített

3
A GSM rendszer jellemzése

• A szolgáltatások minosége és titkossága
• - A távbeszélo szolgáltatás minosége legalább az
  analóg 900 MHz-es rendszerek minoségét el kell
  érni
• - A rendszernek képesnek kell lennie az
  elofizetoi információk titkosítására
• Rádiófrekvenciás sáv
• - A rendszer legyen képes a jó rádiófrekvenciás
  spektrum kihasználására
• - A rendszer legyen muködoképes a teljes
  890- 915MHz és 935-960 MHz-es sávban
• - A rendszer legyen képes az egymás mellett
  muködésre a már meglévo 900 MHz-es rendszerekkel

4
Sektrális hatékonyság növelésére alkalmazott
eljárások

• Adóteljesítmény szabályozás (interf. csökk.)
• A küszöb minoség eléréséig visszaszabályozza az
  adóteljesítményt mind BS, mind MS oldalon
• Frekvencia ugratás
• Alacsony MS sebesség mellett a minoséget növeli a
  frekvencia diversity révén
• Nem folytonos adás (interf. csökk.)
• Beszéd VAD (Voice Activity Detection)
• Mobil közremuködésével megvalósított handover
• Mérés szomszédos cellákból származó vételi
  teljesítmény

5
A GSM rendszer jellemzése

• Hálózati szempontok
• - Az azonosítási és számozási rendszernek meg
  kell felelnie a jelenlegi CCITT ajánlásnak
• - A rendszernek lehetové kell tennie a
  számlázást, a különbözo hálózatok használata
  esetén
• - A mobil kapcsoló központok és helyzet
  regiszterek között a nemzetközi szabványos
  jelzésrendszert kell használni

6
A GSM rendszer jellemzése

• A GSM a felhasználó számára a hagyományos
  beszédátvitel és adatátviteli szolgáltatások
  mellett új szolgáltatásokat kínál, ezek pl. a
  rövid üzenet (short message, SMS) szolgáltatások,
  melyek a személyhívó szolgáltatáshoz hasonlóak,
  MMS Mobile Multimedia Service.

7
A GSM rendszer szolgáltatásai

• Beszéd szolgáltatások
• A GSM rendszer által kínált legfontosabb
  szolgáltatás a telefon szolgáltatás, mely
  kétirányú beszédátvitelt jelent a GSM rendszer
  elofizetoi ill. bármely, a nyilvános vezetékes
  telefonhálózat (PSTN- Public Switched Telephon
  Network) elofizetoi között. Bármely nyilvános
  vezetékes telefonhálózat elofizeto vagy a
  nyilvános telefon hálózathoz kapcsolt hálózat
  elérheto.
• A GSM rendszer speciális beszéd szolgáltatása a
  vészhívás lehetosége, mely elofizetoi azonosító
  modul nélkül, tehát ingyenesen igénybe veheto a
  készülékkel.
• A szöveges üzenet rögzítés lehetové teszi az
  üzenet tárolását és késobbi meghallgatását, mely
  a GSM rendszer specifikációja szerint nem önálló
  szolgáltatás, és az üzemelteto alapszolgáltatáskén
  t kínálhatja. A szöveges üzenetet a rendszer
  akkor tárolja, ha az elofizeto nem elérheto a
  hívás idején, vagy ha a hívó fél azt közvetlenül
  a hívott GSM elofizeto hang postafiókjára küldi.

8
A GSM rendszer szolgáltatásai

• Adat szolgáltatások
• A GSM rendszert már a tervezés szakaszában
  többféle adat szolgáltatásra tervezték.
  Lényegében minden olyan szolgáltatást lehetové
  tesz, amit a nyilvános vezetékes telefonhálózat
  és az ISDN természetesen a rádiós átvitel
  korlátait figyelembe véve.

9
Jelváltozások és ezek ellensúlyozása (fading
tartalék)

• Gyors fading, vagy Rayleigh fading
• a jel átlagosan félhullámhosszonként (ez a GSM
  rendszerben mintegy 16cm) 30-40dB-lel változik
• oka a mobil közelében lévo tárgyakról szóródó
  beeso hullámok interferenciája
• Lassú fading, vagy log-normál fading
• oka a mobil antennát körülvevo tereptárgyak
  (épületek, növényzet, stb.) árnyékoló hatása
• A GSM sávban a dB-ben normális (log-normál)
  eloszlás szórása városban mintegy ? 7dB,
  beépítetlen (vidéki) területen mintegy ? 10-12
  dB

10
Jelváltozások és ezek ellensúlyozása (fading
tartalék)

• A Rayleigh fading olyan gyors, és olyan nagy
  jelszint változást okoz, hogy ez ellen
  teljesítmény tartalékkal nem lehet védekezni.
  Erre szolgál gyorsan mozgó mobil esetén a jel
  keretek átvitel elotti szétosztása (interleaving)
  majd újra összerakása (deinterleaving) és a
  meghibásodott bitek kijavítása. Vagyis a
  csatornakódolás. Lassan mozgó, vagy álló mobil
  esetén elofordulhat, hogy az antenna hosszasan
  egy jel minimum körül tartózkodik. Ilyenkor a
  csatornakódolás nem segít, és az átvitel hibás
  lesz. Ezt akadályozza meg a frekvencia ugratás,
  mely a minimumok helyét másodpercenként 217-szer
  változtatja, és ezáltal olyan hatást idéz elo,
  mintha az antenna gyorsan mozogna.

11
Interleaving
12
Jelváltozások és ezek ellensúlyozása (fading
tartalék)

• A gyorsan mozgó mobil, illetve a
  frekvenciaugratás ellenére mégis bekövetkezo
  valamelyes minoségromlást úgy ellensúlyozzuk,
  hogy a szükséges hasznos jelszintet a vevo
  érzékenységhez képest M1 3dB-lel megnöveljük.
  Ez a Rayleigh fading tartalék.
• A lassú fading tartalék, mely a GSM rendszernél
  városban M2 5dB.

13
(No Transcript)
14
Jelváltozások és ezek ellensúlyozása (fading
tartalék)

• A GSM vevok zajjal határolt érzékenysége tehát
  fadinges jelre, városban
• - 102 3 5 -94dBm (mobil)
• - 104 3 5 -96dBm (bázis)
• Ha a mobil készüléket épületben is használni
  akarjuk, akkor a fenti -94dBm jelszintnek az
  épületben kell meglennie. Az épületcsillapítás a
  földszinten 12-15dB. Tehát belsotéri lefedésre az
  épületen kívül -79dBm és -82dBm közötti
  jelszintet kell biztosítani.

15
Jelváltozások és ezek ellensúlyozása (fading
tartalék)

• Interferenciával határolt esetben a fadinges
  hasznos jel és az ugyanolyan statisztikájú zavaró
  jel figyelembe vétele
• S/Ic 16.5 .. 19dB

16
A cellás elv
A besugárzás cellás elve A frekvencia
újrafelhasználása Lehetséges cluster
méretek Szektorizálás
17

• A besugárzás cellás elve

18
A frekvencia újrafelhasználása
19
Lehetséges cluster méretek
Cluster (fürt) méret N
20

• Lehetséges cluster méretek
• S/I viszony

n a szakaszcsillapítás távolságfüggését leíró
hatványkitevo
21
(No Transcript)
22
Szektorizálás

• Elve

23
Szektorizálás

• Hatása
• S/I viszonyra
• Kapacitásra

(S/Ic) 19dB eloírásnál és az n 3,5 értéknél
24
Az elérheto azonos csatorna zavar arány dB
25
3/9 cella ismétlodés
26
4/12 cella ismétlodés 120 fokos szektoriális
sugárzókkal
27
Mobil készülék felépítése

• Az MS feladata a fizikai csatorna megteremtése
  az MS és bázisállomás (BS - Base Station) között,
  mely funkció magába foglalja a rádió adás és
  vételt, a rádió csatorna menedzselését, csatorna
  kódolást és dekódolást, beszéd kódolást és
  dekódolást.

28
(No Transcript)
29
(No Transcript)
30
A GSM rendszer architekturája
31

• Radio Subsystem - RSS Rádiós alrendszer
• Mobile Station - MS Mobil állomás
• Mobile Equipment - ME Mobil készülék
• SIM Subscriber Identification Module SIM
  kártya
• Base Station Subsystem BSS Bázisállomás
  alrendszer
• Base Station Controller - BSC Bázisállomás
  vezérlo
• Base Tranceiver Station - BTS Bázisállomás
  adó-vevo
• TRAU - Transcoder Rate Adaptation Unit
• Speech compression Fullrate and Halfrate -
  Beszédkódolás
• Switching and Management Subsystem - SMSS
  Kapcsoló és felügyeleti r. NSS és OSS
• Mobile Switching Center MSC Mobil kapcsoló
  központ
• Gateway Mobile Switching Center GMSC -
• Home Location Register HLR Honos
  helyzetregiszter
• Visitor Location Register VLR Látogató
  helyzetregiszter

32
A GSM alrendszerei

33
GSM interfészek
34

• A BTS berendezés a forgalmi cella rádió ellátását
  (lefedését) végzi. A BS vezérlo funkcióit a BSC
  valósítja meg.

35
Switching and Management Subsystem - SMSS

• Mobile Switching Center MSC
• Gateway Mobile Switching Center GMSC
• Home Location Register HLR
• Visitor Location Register VLR
• Multimedia Messaging Service

36
GMSC feladata
37
Logikai csat. MS Hálózat
RACH Csatorna kérelem (RR) RR kapcsolat létrehozása
AGCH SDCCH kijelölése (RR) RR kapcsolat létrehozása
SDCCH Regisztráció kérelem (MM) Szolg. kérés
SDCCH Szolg. kérés
SDCCH Azonosítási kérelem (MM) Azonosítás
SDCCH Azonosítás válasz (MM)
SDCCH Titkosítási parancs (RR) Titkosításra kapcs.
SDCCH Titkosítás igazolás (RR) Titkosításra kapcs.
SDCCH TMSI elküldés (MM)
SDCCH Új lokáció és TMSI igazolás (MM)
SDCCH Csatorna felszabadítás (RR) RR kapcs. zárás
38
A GSM rendszer rádió interfész jellemzoi
39
124 csatorna, 200kHz osztással
374 csatorna, 200kHz osztással
40

• Frekvencia sávok és csatorna kijelölés
• A GSM hálózat a 1. Táblázat értelmében 890-915
  MHz frekvenciasávban uplink (MS-BS irányú),
  935-960 MHz-es sávban downlink (BS-MS irányú)
  teljes duplex összeköttetést biztosít az MS-BS
  között, 200 kHz-es RF csatornaosztással.
• A frekvenciagazdálkodás követelményeit
  kielégítve, a fenti két sáv elso és utolsó
  vivojét nem használják, mert ekkor a modulációs
  sávszélesség miatt az engedélyezett sávon kívüli
  spektrumra is kiterjedne a rendszer által
  elfoglalt sáv. Az uplink és downlink
  összeköttetések vivofrekvenciáit Fu és Fl-lel
  jelölve
• Fl(n)890.20.2(n-1) MHz
• Fu(n)935.20.2(n-1) MHz
• ahol n az abszolut RF csatornaszám (ARFCN -
  Absolute RF channel Number)

41
SIM kártya, Elofizetoi azonosítás, titkosítás
42

• IMEI - International Mobile Equipment Identity
• Megfelel az SIM nélküli mobil készülék
  sorozatszámának négy részbol áll, összesen 15
  jegyu
• TAC - Type Approval Code (6)
• FAC - Final Assembly Code (2)
• SNR - Serial Number (6)
• SP - Spare (1)

43

• SIM elofizetoi azonosító modul
• Mint a 2. fejezetben láttuk, a Mobil állomás (MS)
  magában foglalja a mobil berendezésen túl az
  elofizetoi azonosító modult (Subscriber Identity
  Module - SIM) is. Az elofizetoi azonositó modul
  feladata lényegében az, hogy a mobil állomáshoz
  elofizetot rendeljen, mivel az elofizeto a
  GSM-PLMN - ben nincsen egy állomáshoz rendelve,
  szemben a vezetékes telefonhálózattal.
• A kiveheto és kicserélheto SIM kártyának több
  elonye van. Ha a mobil készülék meghibásodik,
  akkor lehetoség van az SIM kártyával másik
  készülékkel való müködésre és az elofizetonek
  történo számlázásra. Ezentúl az elofizeto
  rendelkezhet több készülékkel, melyekhez egyetlen
  SIM kártyát használva a számlázás egyetlen
  számlára történik és az elofizetonek egyetlen
  hívószáma van.
• A SIM két változatát alkalmazzák a GSM
  rendszernél, ezek kiviteli formái
• kártya (ISO 7816) ,
• bedugható modul.

44



A SIM kártya funkciói az alábbiak elofizetoi
adatvédelem (PIN kód) (az elofizeto által
beállítható) elofizetoi információk
kezelése elofizeto által bevitt információk
tárolása és kezelése (pl. telefonszám
lista) rövid üzenet tárolása az elofizeto
preferencia listájának tárolása roaming esetére a
PLMN választáshoz Kc és Ki paraméterek tárolása

45
A SIM lábkiosztása
A SIM belso felépítése
46

• A SIM kártya funkciói
• Az elofizetoi adatvédelem
• A SIM kártya elofizetoi adatvédelme 4 számjegyu
  PIN kóddal védett, mely az elofizeto által
  beállítható.
• Telefonszám lista
• Az elofizeto alfanumerikus információkat tárolhat
  az SIM kártyán ( pl. telefonszám lista)
• Rövid üzenetek tárolása
• A mobil készülék által vett rövid üzenetek (Short
  Message) tárolása a SIM kártyában lehetséges és
  ez lehetové teszi a késobbi újraolvasást és
  esetleg másik mobil készülékben való elolvasását.
  
• Elofizetoi preferencia lista
• Az MS nemzetközi bolyongásakor a készülék
  bekapcsolásakor elérheto GSM-PLMN-ek közül az
  elofizeto az általa preferált hálózatot
  választhatja. Automatikus választásesetére
  megadható egy preferencia lista, mely alapján a
  készülék a hálózathoz kapcsolódik.

47

• Az elofizetoi adatok szervezése
• Az elofizetoi adatok
• A nemzetközi mobil elofizetoi szám (IMSI -
  International Mobile Subscriber Identity) három
  részbol tevodik össze, ezek az MCC, MNC és MSIN.

48
Ki 128 bit R 128 bit SRES 32 bit
Elofizetoi azonosítás algoritmusa
49
Kc 64 bit
Titkosító kulcs eloállítása
50
(No Transcript)