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Introduccin a GSMGlobal System for Mobile communications
Ing. Edgar Velarde
[email protected]
blog.pucp.edu.pe/telecom
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2Sub-Sistemas de GSM
Network Switching
Subsystem
Base Station Subsystem
Network Management
Subsystem
MSMS BSS NSS
NMS
Air A
O&M
Mobile Station
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3Sub-sistemas e interfases
BSS: Base Station Subsystem
Gestin de los recursos y enlaces de radio
NSS: Network Switching Subsystem
Conmutacin
Gestin de la movilidad
Gestin de la conexin
Tarificacin
NMS: Network Management Subsystem
Gestin de fallas, configuracin y performance
Interfases abiertas
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4Elementos de un sistema GSM
Data Communications
Network
NMSNMS
EIR VLR HLR AuC
PSTN
MSC/GMSC
BSCBTS
MS
BSSBSS
NSSNSS
Abis A
F
D
CB
Um
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5Mobile Station (MS)
Mobile Station (MS) est conformado por:
Subscriber Identity Module (SIM)
Mobile Equipment (ME)
La SIM (Subscriber Identity Module) card contiene:
La identificacin del usuario (IMSI) y de las redes donde
opera
Los algoritmos y claves para la autenticacin y el
cifrado
Dependiendo del tamao, almacena aplicaciones
y nmeros telefnicos
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International Mobile Equipment Identity
El ME se identifica por el IMEI (International Mobile
Equipment Identity)
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7Diagrama de bloques de un MS
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Speech coding
Los rganos de voz son relativamente lentos en adoptar
cambios
Para digitalizar la voz, los parmetros de los filtros que
representan los rganos de voz se tienen que mantener constantes
durante 20 mseg
Para la codificacin de voz en GSM, se toma un bloque
de 20 mseg para codificarlo en un grupo de 260 bits
Esto provee una calidad de voz suficiente para telefona
mvil
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Full rate vocoder
Tasa de bits (bit rate) de un codec Full Rate:
260 bits/20 mseg = 13 Kbps
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Codecs de audio o vocoders de GSM
CODEC Bit rate (Kpbs)
FR (Full Rate) 13
EFR (Enhanced Full Rate) 12.2
HR (Half Rate) 5.6
AMR (Adaptive Multi-Rate) 12.2 4.75
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Codec AMR (Adaptive Multi-Rate)
Bit rate (Kbps) FR/HR
12.2 FR
10.2 FR
7.95 FR/HR
7.40 FR/HR
6.70 FR/HR
5.90 FR/HR
5.15 FR/HR
4.75 FR/HR
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Canal fsico y TDMA frame
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Uso de codecs full rate and half rate
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IMSI y MSISDN
IMSI: International Mobile Subscriber Identity Identificacin del
usuario en la red mvil
Se asigna en el momento de la subscripcin
Tiene hasta 15 dgitos
MSISDN: Mobile Subscriber ISDN
Nmero discado en la red PSTN para llamar al mvil
Sigue la recomendacin ITU-T E.164
Tiene hasta 16 dgitos
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Lista parcial de CC y MCC
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Network Switching Subsystem (NSS)
El NSS est conformado por:
MSC: Mobile Switching Center
GMSC: Gateway Mobile Switching Center
HLR: Home Location Register
VLR: Visitor Location Register
AuC: Authentication Center
EIR: Equipment Identity Register
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Mobile Switching Center (MSC)
Control de llamadas Identificacin y tipo de abonado llamante
Anlisis de dgitos y enrutamiento (troncal de destino, tono,
anuncio, mensaje de texto)
Sealizacin (establecimiento, control y liberacin)
Conmutacin
Tarificacin (charging) Genera los CDR (Call Detailed Record) que
contiene: nmeros del abonado llamante y llamado, tiempo de inicio y
fin de la llamada, tipo de llamada, etc. Se transfiere a un Billing
Center
Inicio del paging (bsqueda)
El paging es el proceso de ubicacin de una estacin mvil para el
caso de una llamada terminante
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GMSC (Gateway MSC)
En llamadas terminantes interacta con el HLR
En muchas redes, un MSC acta como GMSC
MSC1
MSCn
GMSC
HLR
PSTN
VLR1
VLRn
STP
ISUP
MAP
STP: Signaling Transfer Point
ISUP: ISDN User Part
MAP: Mobile Application Part
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Home Location Register (HLR)
El HLR mantiene un registro (perfil) permanente de los
usuarios y contiene informacin de sus nmeros de
identificacin (IMSI y MSISDN) y servicios
El HLR contiene la direccin de la VLR donde se encuentra
registrado el terminal mvil
El MSC solicita a la HLR la ubicacin del usuario para
una llamada terminante
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Visitor Location Register (VLR)
La VLR es una base de datos que mantiene una copia temporal del
registro del usuario de la HLR, mientras el usuario est dentro de
su rea de servicio
La VLR mantiene informacin de seguridad para autenticacin y
cifrado
Un abonado mvil siempre debe estar registrado en una VLR para
tener servicio
La VLR tiene registrada el rea de ubicacin (location area) donde
se encuentra el abonado mvil
La VLR est integrada en el MSC
Cuando un abonado cambia de location area se realiza un proceso
llamado location update para registrar la nueva ubicacin del
abonado
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TMSI y MSRN
TMSI: Temporary Mobile Subscriber Identity Identificacin
temporal del usuario
Tiene hasta cuatro octetos
MSRN: Mobile Station Roaming Number
Es un nmero temporal que permite enrutar las llamadas entrantes
dentro de la red GSM
Tiene la misma estructura que el MSISDN
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Authentication Center (AuC)
El AuC provee de informacin de seguridad a la red
Verifica la identificacin del usuario mediante el
proceso de autenticacin entre el MS y la VLR
usando el IMSI y Ki (authentication key)
Realiza el cifrado de la informacin (voz y datos)
transmitida en la interfase area (entre el MS y la
BTS) usando el Kc (ciphering key)
El AuC generalmente se encuentra en el mismo equipo
de la HLR
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Equipment Identity Register (EIR)
El EIR es usado por razones de seguridad
El EIR es responsable del chequeo del IMEI
El EIR contiene tres listas:
Lista blanca: Indica que el ME est permitido para
operar normalmente
Lista gris: Para monitorear equipos sospechosos
Lista negra: Para equipos reportados como robados,
o que no estn permitidos de operar en la red
El chequeo del IMEI es un procedimiento opcional que
depende del operador
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Base Station Subsystem (BSS)
El BSS est compuesto por:
BSC: Base Station Controller
BTS: Base Transceiver Station
TRAU: Transcoder Rate Adapter Unit
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Base Station Controller (BSC)
Establecimiento de la conexin entre el MS y NSS
Gestin de la movilidad
Gestin del handover
Soporte a la sealizacin de interfases de Abis y A
Control y gestin de mantenimiento de BTS y TRAU
Recoleccin de datos estadsticos
El BSC recolecta informacin estadstica de las
BTS, TRAU, BSC y lo envia al NMS
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Base Transceiver Station (BTS)
Procesamiento de voz
Garantiza una conexin libre de errores con el MS
Incluye:
Channel coding (proteccin de errores)
Interleaving (proteccin contra faidings)
Cifrado (proteccin contra interceptaciones)
Formateo de burst (para una transmisin
organizada en time slots)
Modulacin y demodulacin GMSK
Funciones O&M
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Proceso de transmisin y recepcin GSM
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Base Transceiver Station (BTS)
Sealizacin de interfase de aire
Registraciones
Establecimiento de llamadas originantes y terminantes
Ejecucin de handovers
Contiene los TRX (transceiver)
Cada TRX soporta un par de frecuencias (2x200 KHz)
La cantidad de TRX se dimensiona de acuerdo a la
demanda de trfico por celda
Soporta las antenas de transmisin y recepcin
Conexin de alarmas externas
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Diagrama de bloques de BTS con TRX
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Diversidad en la recepcin de antenas
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Soluciones de BTS
BB: Baseband
RRH: Remote Radio Head
CPRI: Common Public Radio Interface
BB Module
RRH
BB Module
RF Module
BB Module
Compact Solution
CPRI
CPRI
Distributed Solution
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Power Class para MS y BTS
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Transcoder Rate Adapter Unit (TRAU)
Generalmente ubicado cerca al MSC
Multiplexa hasta cuatro canales de trfico en una trama
PCM para incrementar la eficiencia de los E1
Hace el transcoding entre el codec PCM (64 Kbps) y el
vocoder GSM (FR, HR, EFR, AMR)
Permite habilitar el DTX (Discontinuous Transmission) que es
usado durante una llamada cuando no hay
conversacin para reducir el ruido y ahorro de batera
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Ubicacin del TRAU
BTSBSCMSC
Standard 64 kbps links
A-bisA
BTSBSCMSC
Standard 64
kbps links
A-bisA
Multiplexed
64 kbps
BTSBSCMSCA-bisA
Multiplexed 64 kbps links
M
Channel Codec
Units (CCU)
Transcoder/Rate Adapter
Units (TRAU)
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Network Management Subsystem (NMS)
Consiste de servidores y terminales para monitorear los
diferentes elementos y funciones de la red
Sus funciones pueden ser divididas en tres categoras:
Gestin de fallas
Gestin de configuracin
Gestin de performance
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Funciones del NMS
Gestin de fallas
Asegura la correcta operacin de la red
Rpida correccin de fallas
Provee estado de alarmas y eventos
Almacenamiento histrico de alarmas
Gestin de la configuracin
Mantiene informacin de la configuracin de los
elementos de red
Incluye gestin del hardware y software de los
elementos de red, sincronizacin de tiempo
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Funciones del NMS
Gestin de performance
Almacena mediciones de los elementos de red
Estadsticas de performance de la red:
Reportes de trfico de los elementos de la red
Ocupacin de los procesadores
Ocupacin de los enlaces de sealizacin
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Protocolos de una red GSM
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Protocolos de sealizacin
CM: Connection Management
MM: Mobility Management
RR: Radio Resource Management
LAPD: Link Access Procedures on D channel
LAPDm: Link Access Procedures on Dm channel
BTSM: BTS Management
BSSAP: BSS Application Part
SCCP: Signaling Connection Control Part
MTP: Message Transfer Part
