mobil2uj

Report
Maros Dóra
2012
GSM frekvenciasávok
GSM900 :
uplink: 890~915MHz
downlink: 935~960MHz
duplex távolság: 45MHz
sávszélesség: 25MHz
fr. raszter: 200KHz
124 duplex vivő
csatornaszámok: 1-124
GSM1800 :
uplink: 1710-1785MHz
downlink: 1805-1880MHz
duplex távolság: 95MHz
sávszélesség: 75MHz
fr. raszter: 200KHz
374 duplex vivő
csatornaszámok: 512-885
GSM
EGSM900 :
uplink: 880~890MHz
downlink: 925~935MHz
duplex távolság: 45MHz
sávszélesség: 10MHz
fr. raszter: 200KHz
GSM1900MHz:
uplink:1850~1910MHz
downlink:1930~1990MHz
duplex távolság: 80MHz
sávszélesség: 60MHz
fr. raszter: 200KHz
GSM rádiós interfész
1 TDMA keret = 8 időrés
0
1
2
3
4
5
6
7
Fizikai csatorna:
Egy vivőfrekvencia egy
időrése - fxTy
IDŐ
TS0-TS7
DL és UL időzítés
Bázisállomás
GSM
GSM antennák
Omni-directional antenna
(körsugárzó)
360 fokos sugárzás
Directional antenna
(szektorsugárzó)
Egy szektorban sugároz
pl. 120 fok, 60 fok
GSM
Hexagonális cellaminta
Körsugárzó antennák
R
R
R
Zöld vonalon
egyforma térerő
a két antenna
felől
GSM
A frekvencia újrafelhasználás elve (Frequency reuse)
Azonos vivőfrekvenciát használó
cellák, reuse factor:7
Két egymás melletti cellában nem
lehet azonos frekvencia!
Körsugárzó antennákat alkalmazunk
GSM
3/9-es cluster
120 fokos szektorsugárzóval
B3
C1
A1
A2
C3
A1
A3
B1
B2
A3
B2
C1
C2
B3
C1
B3
A2
C3
A1
A2
A1
B2
A3
C1
A3
B1
Reuse factor = 9
GSM
B2
B3
C1
C3
C2
A1
A2
A1
A3
4/12-es cluster
120 fokos szektorsugárzóval
D3
C1
A1
A2
C3
A1
A3
B1
B2
D2
C2
D1
D2
B3
A1
C3
B2
D3
C1
C2
B1
A2
C3
C1
B3
A1
Reuse factor = 12
GSM
D2
A3
B1
C3
C2
D1
D2
A1
D3
Szomszédos csatorna interferencia
Két frekvenciasáv
között nincs
átlapolódás.
200 KHz
f
200 KHz
Két frekvenciasáv
átlapolódik, zavarja
egymást! (C/A)
f
GSM
C/I és C/A hányados
Azonos csatorna
interferencia
Szomszédos
csatorna
interferencia
GSM
GSM logikai csatornák
Forgalmi csatornák
(Traffic Channels)
Data CH
TCH
Voice CH
Kontrol csatornák
(Control Channels)
CCH
GSM
BCH
14.4Kbit/s FR TCH
9.6Kbit/s FR TCH
4.8Kbit/s FR TCH
4.8Kbit/s HR TCH (TCH/H4.8)
FR (Full Rate, 13Kbit/s))
HR (Half Rate, 6.5 Kbit/s)
FCCH (DL): Frequency Correction CH.
SCH (DL): Synchronization CH.
BCCH (DL): Broadcast Control CH.
CCCH
RACH (UL): Random Access CH.
AGCH (DL): Access Grant CH.
PCH (DL): Paging CH.
DCCH
SDCCH: Stand-alone Dedicated CCH.
FACCH: Fast Associated CCH.
SACCH: Slow Associated CCH.
Szóró (Broadcast) csatornák típusai
Broadcast Channels (BCH): Szóró csatornák. Ezek csak downlink irányú
csatornák. Felelősek főleg a szinkronizációért, frekvencia korrekcióért,
valamint a BTS ezeken sugározza pl. a celláról és a hálózatról szóló általános
információkat. Mivel ez szórócsatorna, nem pont-pont között valósul meg,
hanem pont-multipont, mivel a cellában lévő összes MS veszi ezt a csatornát.
A BCH-ba tartoznak a következő csatornák:
Broadcast Control Channel (BCCH): Általános szóró csatorna. A BCCH-n
sugározza a BTS az általános információkat, mint pl. a hálózat kódját, a
cellában használatos frekvenciákat, cella azonosítót, környező cellák
információit és még sok egyéb dolgot (maximális teljesítmény a cellában, LAC
stb.).
Frequency Correction Channel (FCCH): Frekvencia korrekciós csatorna. Olyan
információt tartalmaz, melynek segítségével az MS a BTS BCCH vivőjére tud
hangolni. Az FCCH egy modulálatlan szinusz jel (csupa nulla), melyre az MS
bekapcsolás után vagy másik cellába történő átlépéskor ráhangolódik.
Synchronization Channel (SCH): Szinkronizációs csatorna. A BTS ezen a
csatornán sugározza az MS felé a BTS kódját, valamit a TDMA keretszámot,
melyet az MS felhasznál a titkosítási algoritmushoz. A csatorna csak downlink
irányú.
GSM
Közös kontrol (Common Control) csatornák típusai
Common Control Channels (CCCH): Közös kontrol csatornák. A
BTS vagy az MS elérésére használják. A csatornákat az mobil
készülékek közösen használják, azonban az információ csak egy
MS-re vonatkozik.
A CCCH magába foglalja a következő csatornákat:
Paging Channel (PCH): Kereső csatorna. Downlink irányú, a BTS
ezen értesíti az MS-t, ha bejövő hívása van.
Access Grant Channel (AGCH): Hozzáférést felkínáló csatorna.
Downlink irányú. Hívás felépítésekor a BTS kioszt egy SDCCH
csatornát az MS számára, amelyen keresztül a jelzésváltás
történik
Random Access Channel (RACH): Véletlen elérésű csatorna.
Uplink irányú. Híváskezdeményezéskor, vagy egy
hívásértesítésre válaszoláskor ezen keresztül éri el az MS a BTSt.
GSM
Dedikált kontrol (Dedicated Control) csatornák típusai
Dedicated Control Channels (DCCH): Dedikált jelzéscsatornák. A dedikált azt
jelenti, hogy a csatorna egy bizonyos MS-hez van társítva. Ezt a csatornát
használják hívás felépítéshez, fenntartáshoz szükséges jelzések átviteléhez,
mint pl. handover. A DCCH csatornák kétirányúak.
Három csatorna tartozik ebbe a csoportba:
Stand-alone Dedicated Control Channel (SDCCH): Önálló dedikált
jelzéscsatorna. Ezen a csatornán történik a hívás felépítéséhez szükséges
jelzésátvitel az MS és a BTS között, mint pl. IMEI ellenőrzés, Autentikáció,
titkosítás, TCH kijelölés. Amint az MS-nek kiosztásra került egy TCH, a mobil
készülék elhagyja ezt a csatornát.
Slow Associated Control Channel (SACCH): Lassú kisegítő jelzés csatorna.
Ezen a csatornán küldi az MS a BTS felé az aktuális és a szomszédos cella
mérési értékeit. Ezen értékek alapján dönt a BSC a csatornaváltásról, valamint
vezérli az MS kimeneti teljesítményét és időzítését. TCH-hoz és SDCCH-hoz
társul.
Fast Associated Control Channel (FACCH): Gyors kisegítő jelzéscsatorna.
Hasonló az SACCH-hoz, csak ezt akkor használják, amikor pl. sürgős
handoverre van szükség, hogy elkerüljék a kapcsolat megszakadását. Ha a
TCH időrésben a Stealing Flags (F) bit jelzi, akkor a TCH-n a titkosított beszéd
bitek helyett jelzéseket visznek át. A folyamat olyan gyors, hogy a beszéd
minőségét nem zavarja. TCH-hoz társul.
GSM
GSM burstök típusai
GSM
FC, S és A burst
FCCH
148 bit
SCH
RACH
86 bit
0,577 ms, 156,25 bit
G
Guard periódus: védősáv
T
Tail bitek:000
GSM
N és D burst
BCCH, PCH, AGCH, SDCCH, SACCH, FACCH,
TCH
IDLE: „csak kitöltésre”, nem információ!
0,577 ms, 156,25 bit
F
Stealing Flag
GSM
A Guard periódus idő jellemzője
Guard periódus
Burst tartalom
GSM
TCH keretszervezés
GSM
Control csatornák keretszervezése BCCH vivő TS0
Downlink
F:FCCH
S:SCH
C:Common
Uplink
Ez a struktúra a BCCH vivő 0. időrésében levő információkat tartalmazza.
Az ismétlődés 51 keretenként történik.
GSM
Control csatornák keretszervezése BCCH vivő TS1
A Dowlink irányú csatornaszervezéshez képest az
Uplink irány megegyezik, de időben el van tolva!
GSM
Keretszervezés
GSM
Rádiós átviteli jellemzők
I. A hullámhossz és a frekvencia összefüggése
A kisugárzott jel hullámhossza a kialakult elektromágneses hullám
egy periódusának hossza. A frekvencia és a hullámhossz
összefüggése:
λ = c/f, ahol
λ - hullámhossz (m)
c - az elektromágneses hullám terjedési sebessége (vákuumban ill.
levegőben körülbelül 3*108; pontosan 299792458 m/s)
f - frekvencia (Hz)
Példa:
1. f=900 MHz (9*108 Hz) λ =?
3*108 / 9*108 = 3/9 [m] ~ 0,33 [m]
2. f=2,6 GHz (2,6*109)
3*108 / 2,6*109 = 1,154 * 10-1 ~ 0,1154 [m]
GSM
Rádiós átviteli jellemzők
II. Rádióhullámok szabadtéri terjedése (Path loss)
RSL
Teljesítményszi
nt a vevőben
(dB)
A szabadtéri csillapítás általános leírása:
a0 = 20 log (4Πd/λ)
a0 = 20 log (df) + 28,14
d (távolság az
adóantennától)
GSM
Rádiós átviteli jellemzők
III. Terjedési modellek
Makrocellás terjedési modellek:
Kevésbé forgalmas, elővárosi és vidéki környezet, laza
beépítettséggel, nagyobb mozgási sebességgel
Hata, COST231
Mikrocellás terjedési modellek:
Forgalmas, nagyvárosi, sűrűn beépített környezet,
kisebb mozgási sebességgel
Walfish-Ikegami modell, COST 231
Beltéri (indoor) terjedési modellek
Mootley-Keenan (félempirikus)
Ray-tracing
GSM
Rádiós átviteli jellemzők
IV. Árnyékolás, shadowing
RSL
(dB)
Átlagérték
Árnyékolás okozta
változás (lassú fading)
GSM
d = Távolság az
adóantennától
Rádiós átviteli jellemzők
V. Többutas terjedés (multipath fading)
Verődések okozta
változás (gyors fading)
GSM
Rádiós átviteli jellemzők
VI. A frekvencia ugráltatás elve (frequency hopping)
 A különböző keretekben
lévő burst-ök más-más
frekvencián kerülnek
átvitelre
 Az ugratás sebessége
217/mp
 4 frekvencia
 Más hullámhossz
Fading völgyek
eltolódnak!
GSM
Rádiós átviteli jellemzők
VII. Szimbólumok közötti áthallás (ISI)
Bithiba a
vevőben!
1?
0?
A terjedési késleltetésből adódóan (> 1 bitidő) az
egymás után küldött szimbólumok azonos időben
érnek a vevőbe!
GSM
Rádiós átviteli jellemzők
VIII. A VITERBI demodulátor és dekódoló
Rádió csatorna
Rádiós csatornán
érkezett időrés tartalma
Módosult training
sequence
Vevőben található
eredeti training
sequence
GSM
Eredeti
bitsorozat
Korrelátor
Viterbi
kiegyenlítő
Módosított
csatornamodell
Rádiós átviteli jellemzők
IX. Interleaving elve
Eredeti jelfolyam
Kevert jelfolyam
Csomagvesztés
Rekonstruált jelfolyam
Az eredeti jelfolyam azonos hosszúságú blokkokra van
osztva, az egymás utáni blokkok elküldése különböző
időkben történik!
GSM
Rádiós átviteli jellemzők
X. Interleaving elve a GSM beszédcsatornán
57 bit
20 ms csatornakódolt
beszédminta
(456 bit) 8 blokkra
van bontva
Egy blokk egy
keretben van
elküldve
(B blokk)
Egy burst-be két
minta egy-egy
blokkja kerül
GSM
Az GSM védelmi jellemzői I.
A biztonsági funkciók ellátásában a következő
funkcionális elemek vesznek részt:






Mobil állomás (MS)
Bázisállomás (BTS)
Mobil kapcsolóközpont (MSC/MSS)
Autentikációs központ (AUC)
Honos helyregiszter (HLR)
Látogató helyregiszter (VLR).
GSM
Az GSM védelmi jellemzői II.
A SIM kártya csak a személyes azonosító szám (PIN = Personal Identity
Modul) megadásával működik, ez kellő biztonságot nyújt a kártya
ellopása (klónozása) esetén is.
A hitelesítés vagy autentikáció az IMSI érvényességének ellenőrzésére
szolgál. A hitelesítés az előfizetői kártya (SIM) segítségével történik,
számított paraméter alapján.
A titkosítás teljes bizalmasságot biztosít a rádiós csatornán az előfizetői
információnak (beszédnek vagy adatnak). A titkosítás csak a
mobilkészülék és a bázisállomás között valósul meg, a központban az
információ már nincs titkosítva.
Minden mobiltelefon rendelkezik egy IMEI azonosítóval, amely alapján a
hálózatok ellenőrizhetik a készülék státusát. Ha lopott készülékről van
szó, a hálózathoz való hozzáférést le lehet tiltani, vagy más intézkedést
lehet életbe léptetni.
GSM
Az AUC feladata: a TRIPLET előállítása
AUC
Ki
IMSI1 – Ki1
A3
algoritmus
IMSI2 - Ki2
IMSI3 – Ki3
Signed
Response
Ki
A8
algoritmus
Véletlenszán
generátor
RAND
RAND
SRES
Kc
Ciphering Key
RAND
Random
Number
GSM
Az autentikáció folyamata
SIM
GSM
A Kc generálása
SIM
GSM
A titkosítás folyamata
Kc
64 bits
frame number
22 bits
Mobil
frame number
22 bits
A5
készülék
(ME)
S1
114 bits
A5
S2
114 bits
S1
114 bits
ciphering
deciphering
S2
114 bits
deciphering
ciphering
MS
GSM
Kc
64 bits
BTS
A kiszolgáló cella kiválasztása (IDLE mód)
BCCH
vivő 2
BCCH
vivő 1
BCCH
vivő 3
Kiszolgáló
(serving) BTS
RSL vivő1 > RSL vivő2 > RSL vivő 3
GSM
IMSI Attach/Detach, az IMSI flag
1
VLR
SDCCH
Bekapcsoláskor:
IMSI attached
Kikapcsoláskor: IMSI
detached
GSM
0
IMSI rekord
A Location Area
Location
Area 1
(LAC1)
MSC/
MSS
GSM
Location
Area 2
(LAC2)
Location
Area 3
(LAC3)
A Location Area jelentősége (paging)
A Paging üzenet a kijelölt LA-n belül az összes
cellában kiküldésre kerül!
GSM
Location update eljárás
BCCH-n az új cella más LAC-t (LAC2) közvetít
Location
Area 1
(LAC1)
Location
Area 2
(LAC2)
IMSI rekord
LAC1 LAC2
A Location Update eljárás frissíti
a LAC-t a VLR IMSI rekordon!
GSM
VLR
Location update eljárás MSC/MSS szolgáltatási
területen belül
BSC1
LA1
LA2
(6)
IMSI: LA1 LA2
(5) Loc. Upd, Req. (SDCCH)
VLR
(4) Immediate Assign. (AGCH)
(2) Channel Req. IMSI (RACH)
(1) new LAI
(7) Loc. Upd. Accept. (SDCCH)
MSC
(3) Channel required
BSC
2
(7)Loc. Upd. Accept.
GSM
Location update eljárás MSC/MSS szolgáltatási
területek között
VLR
(7) Location Cancellation
BSC1
MSC1
LA
LA
1
2
(5)
IMSI: VLR1 VLR2
(2) Loc. Upd. Req. (SDCCH)
(1) new LAI
(3)
IMSI  MGT
(2) Loc. Upd. Request
VLR
HLR
(4)
Suscriber
Information
Request
BSC2
(8) Loc. Upd. Ack
(SDCCH)
GSM
(6) Loc. Upd.
Acknowledge
MSC2
(6) Subscriber
Information
Handover (handoff) típusai
 Rescue handover:
A cél a kapcsolat megmentése (pl. a BTS-től való
távolság miatt, a MR alapján a BSC handover parancsot
ad MS-nek)
 Traffic handover:
Forgalmi okok miatti áthangolás (pl. hirtelen megnő a
forgalom a kiszolgáló cellában, torlódás következhet be)
 Confinement handover:
S/N optimalizálása, adási teljesítmény optimalizálása
GSM
Szomszédos cella mérése
TCH multikeret
Downlink
24.
25.
 IDLE 
0 1 2 3 456 7 0 1 2 3 456 7 0 1 2 3 456 7 0 1 2 3





0 1 2 3 456 7 0 1 2 3 456 7 0 1 2 3 456 7 0
24.
25.
 IDLE 
Uplink
A multikeret végén 12 időrésnyi idő áll rendelkezésre a BSIC
ellenőrzésére a szomszédos cellában!
GSM
A mérési report (measurement report)
BSC
Kiszolgáló
(serving) BTS
Összevont
jelentés
TCH
BCCH vivő
Szomszédos cellák
BCCH vivő
TCH-n végzett mérések a
serving cellában:
RXLEV
TCH-n végzett
mérések
Mérési jelentés
RXQUAL
RXLEV
(measurement
report)
DISTANCE
RXQUAL
SACCH
DISTANCE
Szomszédos cellák mérése a
BCCH vivőn:
RXLEV
GSM
A handover margin jelentése
Jelerősség (SS)
Jelerősség (SS)
HO. MARGIN (B)
SS MIN. (A)
SS MIN. (B)
BTS
A
GSM
a
cb
BTS
B
A handover esetek
I. Intracell handover
Forrás:
Alien Coders: Basics of GSM in depth
GSM
A handover esetek
II. Intercell handover
Forrás:
Alien Coders: Basics of GSM in depth
GSM
A handover esetek
II. Inter BSC handover
Forrás:
Alien Coders: Basics of GSM in depth
GSM
A handover esetek
III. Inter MSC handover
Forrás:
Alien Coders: Basics of GSM in depth
GSM

similar documents