1

Kapitulli IV :Sistemet Mobile GSM

Sisteme te Telekomunikacionit

Lektor:

Dr.Ing Olimpjon SHURDI

oshurdi@fti.edu.al

1

2

Historia e sistemeve mobile

1. 1979 AMPS, Advanced Mobile Phone System, USA

2. 1981,NMT Nordic Mobile Telephone, vendet nordike,

3. 1982, TACS Total Access Communications System , UK dhe ne Europe

Karakteristikat :

Transmetim analog, modulim ne freq. 450 MHZ, 900 MHz, terminalet

Historia e GSM 900 dhe DSC1800, DCS1900

Problemet qe kishin sistemet NMT dhe TACS

1. Kerkesa per mbulim shume madhe se mundesia e teknologjise dhe rrjetit analog

2. Sistemet ishin jo kompatibel

3. Fatura per permisimin e sistemit ishte shume e madhe

3

Rritja e perdoruesve mobile

Rritja e nr te perdoruesve GSM (Million)

0500

100015002000250030003500400045005000

4

GSM

Historia, 1978 u percaktuan frekuencat, 2 breza prej 25MHz ne 900MHZ

1982, CEPT krijoj nje grup GSM, 31 vende 1990, u shtuan edhe 2 breza prej 75 MHz

freq ne 1900MHz, DCS1800 1992 grupi e quajti GSM, Global System for

Mobile Communications, me logon perkatese

5

Karakteristikat e sistemit GSM

Sistemi teresisht numerik

-brezi mesatar freq, barteset me 200KHz te ndara

-debiti i transmetimit 16 kbit/s

-multipleksim ne kohe me 8 TS, me mundesi kalimi ne 16 TS

-ndryshimi automatik i freq. FH

6

Stantartizimi GSM

7

Evulucioni i Teknologjise Mobile

8

Mbulimi celular

Perhapja e valeve elektromagnetike Mungesa e spektrit te nevojshmeZona e mbulimit ndahet ne qeliza ose celula,

per te rritur dendesitetin e trafikut dhe eliminuar 2 pb e mesiperme.

Paisjet qe bejne te mundura mbulimin radio quhet BTS dhe veprojne ne nje zone gjeografike qe quhet celule, cele

9

GSM nje sistem TDMA / FDMA

10

TDMA, avantazhet

1. Skemat jo komplekse

2. Menyra e transmetimit hand-off

3. Per transmetimet data mund te lidhen TS, disa TS per frame

Disavantazhet

4. Kerkesa per sinkronizim

5. Koha shtese ndermjet TS dhe biteve per te mos lejuar perplasjen

6. Vetem modulime numerike mund te perdoren11

GSM, TDMA/FDMA FDD

12

GSM Nderfaqja Radio: FDD and FDMA

UPLINK DOWNLINK

GSM900: 890 MHz - 915 MHz 935 MHz - 960 MHz

GSM1800: 1710 MHz - 1785 MHz 1805 MHz - 1880 MHz

1 2 3 ...

Channel 1 - 124 1 - 374

200 kHz

1 2 3 ...

Duplex frequency 45 MHz / 95 MHz

guard band

13

GSM Nderfaqja Radio: TDMA

TDMA frame= 8 timeslots

01

23

45

76

01

23

45

76

01

23

45

200 kHz

Physcial channel, e.g. allocated to onesubscriber with FR

voice &no frequency hopping

frequency

time

TDMA frame

14

Efektiviteti i GSM, TDMA

15

Qeliza dhe riperdorimi i frequencave

Diametri i qelizes deri ne 70km Ndertohet qeliza deri ne 100m Dendesiteti i perdoruesve Kostoja e rrjetit Numri i frekuencave

16

Kapaciteti dhe perdorimi i spektrit

Nevoja:Perdorimi optimal

I spektritShume kapacitetCilesi te larte

sherbimiKosto e ulet

Duam te Rritim kapacitetinPa shtuar BTS te reja!

C’fare duhet te beje?

Kapaciteti I ofruam per QoS, duke planifikuar freq.

Rritja e nrte perdoruesve

Koha

Jashte kapacitetit!!!

17

Kapaciteti dhe qeliza

Kapaciteti i sistemit varet nga:

1.Numri total i kanaleve radio

2.Permasa e qelizave

3.Faktori i riperdorimit te frequencave apo distanca

Minimumi i distances e cila lejon riperdorimin e te njejtes frekuence varet nga disa faktore:

18

2/2

1.Numri I kanaleve qe perdorin te njejten frekuence ne qelizat fqinje

2.Terreni gjeografik

3.Lartesia e antenes

4.Fuqia e transmetuar ne cdo qelize

19

Distanca e riperdorimit te frekuences varet nga faktori I grupimit K te qelizave

K = i2 + ij + j2

K = 22 + 2*1 + 12

K = 4 + 2 + 1

K = 7i

j

1

2

3

4

5

6

7

D = 3K * R

D = 4.58R

1

2

35

6

7

D

R

Faktori K dhe distanca e ri-perdorimit te frekuences

20

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

2

1

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

Struktura e qelizave per K = 7

21

1

11

1

2 2

22

3

3

3

3

4

4 4

45

5 5

5

6

6 6

6

7

7

7

7

8 8

889

99

9

10

1010

10

1111

1111

1212

12 12

Struktura e qelizave per K = 12

22

1

2

3

4

1

1

1

1

1

12

2

2

2

2

3

3

3

3

3

4

4

4

4

4

4

3

2

Struktura e qelizave per K = 4

23

Te rritim kapacitetin e sistemit

Sektorizimi i qelizes– Duke perdorura antena direksionale ndajme

qelizes ne 3 apa 6 sektore– Mund te rritet kapaciteti i qelizes me nje faktor 3

apo 6 Ndarja e qelizes

– Uljen e fuqise se Trx ne BTS dhe ne MS– Rezulton ne qeliza te vogla– Riperdorim I frekuencave ne qelizat jo fqinje– Shëmbull: zvogelimi me ½ e qelizes sjell 4 fishimin e

kapicitetit24

Antena 3 sektoriale per nje qelize

25

Highway

TownSuburb

Rural

Shperndarja e qelizave ne nje rrjet

26

Perdorimi optimal i spektrik,shembull

Gjeresia e brezit per operatorin 7.2MHz (36 freq. prej 200 kHz)

TDMA 8 kanale per bartese Faktori K = 12 Sa eshte numri i kanaleve te trafikut ne

dispozicion per kete, ne keto 3 raste:1. Pa ndarje ne qeliza2. Me 72 qeliza3. Me 246 qeliza

27

1 qelize= 288 kanale trafiku

72 Cell = 1728 traffic channels

246 Cell = 5904 traffic channels

Ri perdorimi I frekuencave

8 X 36 = 288

8 X (72/12 X 36) = 1728

8 X (246/12 X 36) = 5’904

28

Koncepti i kuadrove TDMA dhe i kanaleve

f

t

c

GSM kombinon teknikat e multipleksimit FDM dhe TDM: brezi eshte I ndare ne kanale prej 200khz, e cila ndahet ne kohe prej 8 time-slots, pra duke e ndare kohen per 8 stacione sipas kerkeses.

29

GSM e vonon frame TDMA te lidhjes uplink

T1 T2 T3 T5 T6 T7T4 T8

R T

R T

R1 R2 R3 R5 R6 R7R4 R8

Uplink TDMA Frame

F1 + 45MHz

Downlink TDMA F1MHz

Fillimi I TDMA te lidhjes uplink vonohet

me 3 TSTDMA frame (4.615 ms)

Transmetim fixVonese me 3 time-slot30

1 2 3 4 5 6 7 8

higher GSM frame structures

935-960 MHz124 channels (200 kHz)downlink

890-915 MHz124 channels (200 kHz)uplink

frequ

ency

time

GSM TDMA frame

GSM time-slot (normal burst)

4.615 ms

546.5 µs577 µs

guardspace

guardspacetail user data TrainingS S user data tail

3 bits 57 bits 26 bits 57 bits1 1 3

GSM - TDMA/FDMA

31

LOGICAL CHANNELS

TRAFFIC SIGNALLING

FULL RATEBm 22.8 Kb/S

HALF RATELm 11.4 Kb/S

BROADCAST COMMON CONTROL DEDICATED CONTROL

FCCH SCH BCCH

PCHRACH

AGCH

SDCCH SACCH FACCH

FCCH -- FREQUENCY CORRECTION CHANNELSCH -- SYNCHRONISATION CHANNELBCCH -- BROADCAST CONTROL CHANNELPCH -- PAGING CHANNELRACH -- RANDOM ACCESS CHANNELAGCH -- ACCESS GRANTED CHANNELSDCCH -- STAND ALONE DEDICATED CONTROL CHANNELSACCH -- SLOW ASSOCIATED CONTROL CHANNELFACCH -- FAST ASSOCIATED CONTROL CHANNEL

DOWN LINK ONLY

UPLINK ONLYBOTH UP & DOWNLINKS32

GSM Operation

Speech decoding

Channel decoding

De-interleaving

Burst Formatting

De-ciphering

DemodulationModulation

Ciphering

Burst Formatting

Interleaving

Channel Coding

Speech coding

Radio Interface

Speech Speech

13 Kbps

22.8 Kbps

22.8 Kbps

33.6 Kbps

33.6 Kbps

270.83 Kbps

33

Kodimi ne GSM

34

Modulimi ne GSM

35

3636

Arkitektura e sistemeve Mobile GSM

3 Nen sisteme baze

BSS Nensistemi i Stacioneve Radiobaze NSS Network & Switching Subsystems OSS Sistememi i Shfrytezim dhe Mirembajtje

37

38

BSS

Sistemi BSS perbehet nga keto elemente

1. BSC Base Stations Controller

2. BTS Base Transceiver Station

3. TC Transcoders

BSS eshte pergjegjes per menaxhimin e rrjetit radio,i perket nje zone gjeografike te gjere

38

39

BSS, arkitektuara

40

BTS, stacioni radio baze

Funksionet kryesore1. Siguron lidhjen e MS me BSC2. Kryen matje te # ne lidhje me fuqine dhe

sinjalit e marre, cilesine e informacionit te transmetuar, qe perdoren per proceduart handover

3. Kryen funksionet e transferimit te sinjalizimit te shtresave 1,2, dhe 3

4. Kryen funksione mirembajtje dhe kontrolli

40

41

BTS, TRX

Administrimin e nderfaqes radio ndermjet NT Perpunimi ne brezin baze te cdo kanali fizik Administrimin e lidhjes me BSC, ndermjet

DTC Administrimin e kanalit logjik qe mbart

sinjalizimin, SCC Funksionet e BCF, funksionet e kontrollit

42

BTS, arkitektura

43

BSC, kontrolluesi i stacioneve radiobaze

Funksionet kryesore

1. Funksione komutuese SF, funksioni i nderfaqes me qendren komutuese dhe kontrollin e kanaleve gjate bisedes dhe handoverit

2. Administrimin e radio burimeve RR,funksionet aktivizimit, mirembajtjes dhe clirimin e radiokanaleve

3. Administrimin e BTS, BTSM , kryehet ndermjet 2 proceduravea): transferimi i mesazhit te nivelit te larte ne shtreses MTPb): administrimin e burimeve drejt BTS

44

BSC, arkitektura

45

BSC, funksionet -2

4. Protokolli i aksesit ne lidhjen e kanalit Dm(LAPDM) i cili vepron ne MTP 2

5. Pjesen aplikative te BSS, BSSMAP i cili kontrollon lidhjen e kanaleve te trafikut, paging, handoverin dhe procesin e kriptimit

6. Shperndarjen e mesazheve prej nderfaqes A

7. Kontrollin e lidhjes dhe sinjalizimit SCCP, funksionet e drejtimit te trafikut dhe administrimin e rrjetit

46

BSC, funksionet -3

8. Transferimine mesazheve MTP

9. Shfrytezimine dhe mirembajtjen O&M

47

TC, transkoduesit apo TRAU

Kodimi dhe dekodimi i bisedes Pershtatja e debit binar, 64kbps—13 kbps Perbehet nga 2 elemente TC, funksionet transkoduese OAM

48

BSC

TRAU

MSC

OMC

OAM

Transcoding

LAPD TS1

Speech TS

CCS7 TS

X.25 TS2

Speech TS

CCS7 TS

X.25 TS2

PCMLINK PCM

LINK

49

NSS, Nensistemi i rrjetit te komutimit

Funksionet : Kryen te gjitha funksionet komutuese Funksionet e tarifimit Funksionet e rregjistrimit dhe lokalizimit te

vendodhjes Lidhjen me rrjeta e tjera, PSTN, ISDN,IP etj.

Arkitektura

NSS perbehet nga keto pjese :

1. Mobile Switching Center MSC

2. Home Location Registers HLR

3. Visitor Location Registers VLR

4. Authentication Center AUC

5. Equipment Identity Register EIR

Arkitektuara

MSC,Mobile Switching Center

Nyja kryesore komutuese ne GSM, zemra e sistemit Menaxhon komunikimit e GSM me sistemet e tjera Vendosjen e thirrjes dhe te gjitha funksionet komutuese Rrugezimin e thirrjeve Tarifimin dhe mbledhjen e te dhenave, CDR Menaxhimi i levizjes (Mobility management)

- Rregjistrimin- Lokalizimi i MS, Location Updating- Inter BSS and inter MSC call handoff

MSC kryen funksionet e roamingut per abonente vizitor duke komunikuar me HLR/VLR.

HLR,Home Location Registers

DataBase permanent, i cili ruan te gjitha te dhenat e abonenteve.

DataBasa permban IMSI,MSISDN,prepaid/postpaid,roaming restrictions,supplementary services

Funksione te tjera:

Siguron komunikimin e AuC me VLR

Rregjistrimin e vendodhjes

Tarifimin

VLR,Visitor Location Registers

- Ruan te dhenat e perkohshme kur nje MS ndryshon vendndodhje duke komunikuar me DB e HLR

- Kontrollon MS roaming, dhe zonat perkatese - Permison punen e HLR, per queries te

ndryshme per lokalizimin- Database permban

IMSI,TMSI,MSISDN,MSRN,Location Area,authentication key

EIR,Equipment Identity Register

DataBase qe mban te dhena per ME duke perdorur numrin IMEI (International Mobile Equipment Identity)

EIR permban tre lista baze Lista e bardhe, te gjitha IMEI qe jane ne aprovuar per te

perdorur rrjetin GSM Lista e gri, te gjitha IMEI qe jane perkohesisht jashte

pune Lista e zeze, te gjitha IMEI qe jane jashte pune,

vjedhur apo difekte te renda ne hardware

AuC

Qendra e sigurise dhe autentifikimit te rrjetit GSM

Ruan te dhenat, celesat personale per cdo abonente,

Komunikon me HLR Kripton biseden ne TC

Siguria ne Sistemet GSM

Ne nderfaqen ajrore sistemi GSM perdor numrin TMSI ne vend te numrit IMSI, te kriptuar

Karta SIM siguron nje privaci 4-8 digits 3 algoritme prdoren gjeresisht :

- A3 algorithm for authentication- A5 algorithm for encryption- A8 algorithm for key generation

Autentifikimi ne sistemin GSM

Key generation and Encryption

Pyetje?

?

60