2. Fundamentos de Redes Móviles - Wireless

HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD.

06.September 2013

HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd.

www.huawei.com

HUAWEI Confidential

Security Level:

Fundamentos de Redes Móviles GSM y UMTS

HUAWEI TECHNOLOGIES Co., Ltd. HUAWEI Confidential

Objetivos

Al completar el curso, usted conocerá:

• Las ideas básicas del sistema GSM tales como espectro de

frecuencia, etc.

• La estructura del sistema GSM y el protocolo utilizado

• Ciertos números que se refieren al BSS (subsistema de estaciones

• 4 clases de combinaciones de canales

• Algunas técnicas de radio transmisión

Referencias

BSS Feature Description

BSS Signaling Analysis Manual

BSC Technical Manual

Contenido

1. Principios de Redes Móviles

2. Equipos de redes móviles

3. Canales GSM y WCDMA

4. Procedimientos generales de señalización GSM

5. Flujo de llamadas GSM y UMTS

Evolución de la telefonía celular

AMPSN-

Others

1G 1980sAnálogo

GSMGSM

CDMA CDMA IS-95IS-95

TDMATDMAIS-136IS-136

PDCPDC

2G 1990sDigital

Motivado a la tecnología

3G IMT-2000

UMTSUMTSWCDMAWCDMA

cdmacdma20002000

Motivado a la demanda

La 3G significa servicios compuestos tanto para el operador como el suscriptor

TD-SCDMATD-SCDMA

Evolución de la tecnología GSM

Entra en vigencia el Protocolo Estándar para GSM

Al sistema se le llamó Sistema Global para Comunicaciones Móviles

El sistema GSM empieza a brindar servicios en Europa (2G)

Provee servicios en todo el mundo

El sistema GSM utiliza la Técnica de Micro Celdas

Aspectos Generales del sistema GSM - Canales

Time slot

Slot 0

ch ch ch ch ch ch ch

Slot 1 Slot 2 Slot 3 Slot 5 Slot 6Slot 4 Slot 7

0ch ch ch ch ch ch ch ch

Frecuencia 1

Frecuencia 2

Frecuencia 3

Dominio

Frecuencia

Dominio del Tiempo

El sistema GSM es un sistema celular de acceso por división en tiempo y por división de frecuencia (FDD-TDMA). Cada uno de los canales físicos se caracteriza por tener una frecuencia portadora y un número de time slot.

Los sistema celulares están diseñados para poder operar con grupos de radios de

baja potencia desplegados en toda el Área de Servicio. Cada grupo de radios

sirve a las Estaciones Móviles que se encuentran ubicadas cerca de éstos. El

área que abarca cada grupo de radios se le conoce como CELDA.

Celda 1 Celda 0

Celda 2

Aspectos Generales del sistema GSM - Celdas

Técnicas de celdas

Una determinada área de cobertura de radio formada por un set de

transceptores que conectados a un set de antenas se le denomina

CELDA.

Macro Celdas

Al principio se adoptaron Estaciones Base (BTS) de Alta Potencia

para proveer los servicios. Las Estaciones Base cubren una área

extensa pero la frecuencia que utiliza no es eficiente. Por ello,

solamente se pueden proveer pocos canales a los abonados.

Micro Celdas

Posteriormente, se adoptaron las Estaciones Base de Baja Potencia

para poder cubrir una área de servicio mejor de alta capacidad. Al

mismo tiempo, se adopta la técnica de reúso de frecuencias para

mejorar la eficiencia en el uso de frecuencias y también toda la

capacidad de la red.

Micro y Macro Celdas

Técnica de Acceso Múltiple

La Técnica de Acceso Múltiple permite a

varios abonados utilizar el mismo medio de

comunicación

Existen tres clases de Técnicas de Acceso

Múltiple: FDMA , TDMA y CDMA

El sistema GSM adopta FDD-TDMA

(FDMA y TDMA en conjunto)

FDMA utiliza diferentes canales

de frecuencia para establecer

una comunicación.

Todo el esquema de frecuencia

disponible se divide en varios

canales separados (de

transmisión y recepción). Cada

canal puede soportar el tráfico

para un abonado o información

de control.

Frecuencia

Tiempo

TDMA TDMA establece la

comunicación en diferentes

timeslots.

La portadora se divide en

canales que se basan en el

tiempo. En una determinada

secuencia, diferentes señales

ocupan diferentes timeslots, es

decir, se transmiten varias

señales en la misma frecuencia

en diferentes tiempos.

Tiempo

Frecuencia

CDMA establece la

comunicación en diferentes

secuencias de códigos.

Antes de la transmisión se

realiza una codificación

especial, de modo que no se

perderá nada de la

información una vez que ésta

se combina, y se transmite

toda junta en la misma

frecuencia y al mismo tiempo.

Tiempo

Frecuencia

A las señales Uplink y Downlink para un usuario se le asignan diferentes

frecuencias, esta técnica se la conoce como Duplexación por División de

Frecuencia (Frequency Division Duplex - FDD).

Downlink - ARFCN 128 ( 869.2 MHz)

Uplink – ARFCN 128 ( 824.2 MHz)

Aspectos Generales del sistema GSM - FDD

Espectro de frecuencias 2G

Sistema Banda Uplink (MHz) Downlink (MHz) Rango de canales

GSM-450 450 450,6–457,6 460,6–467,6 259–293

GSM-850 850 824,2–849,2 869,2–894,2 128–251

P-GSM-900 900 890,0–915,0 935,0–960,0 1–124

E-GSM-900 900 880,0–915,0 925,0–960,0 975–1023, 0-124

R-GSM-900 900 876,0–915,0 921,0–960,0 955–1023, 0-124

T-GSM-900 900 870,4–876,0 915,4–921,0 dinámico

DCS-1800 1800 1.710,2–1.784,8 1.805,2–1.879,8 512–885

PCS-1900 1900 1.850,2–1.909,8 1.930,2–1.989,8 512–810

Espectro de frecuencias 3G

GSM 900

Separación Dúplex: 45MHz

Ancho de banda del canal: 200KHz

Espectro de frecuencia GSM

Uplink

890 915 935 960MHz

Downlink

GSM 850

Separación Dúplex: 45MHz

Ancho de banda del canal: 200KHz

Uplink

824 849 869 894MHz

Downlink

Separación Dúplex: 80MHzAncho de Banda del Canal: 200KHz

Uplink

1850 1910 1930 1990MHz

Downlink

DCS 1900

Tipos de Celda

120degree

Omni-directional CellOmni-directional Cell

120 Degree Cell120 Degree Cell

Reutilización de frecuencias

7 sites X 1 cell reuse

4 sites X 3 cells reuse

Componentes de red GSM-GPRS R99

GSM /GPRS BSS

MS(ME + SIM)

OSSOMC

SMS system

GPRS Backbone

MSC/VLR GMSC

HLR/AUC

PSTNISDN

Internet,Intranet

Other PLMN

Interfaces de una red GSM R99

PCU SS7

SMS system

Internet,Intranet

MSC/VLR GMSC

HLR/AUC/EIR

GPRS backbone

Outra PLMN

C/D/Gs

Gr/Gs/Gd/Ge Gc

OSSOMC

BTS3012

PSTN ISDN

Arquitectura de red R4

GSM /GPRS BSS

HLR/AUC

GPRS backbone

MGW MGW

IP/ATM Backbone

VMSC Server GMSC Server

PSTNISDN

Other PLMN

Internet,Intranet

Estructura de una red UMTS

Core Network

NodoB NodoB NodoB NodoB

Iu-CS Iu-PS

Iub IubIub Iub

Iu-CSIu-PS

Arquitectura de red R5

GSM / GPRS BSS

SCPSMS

HLR / AUC / HSS

GPRScolumna vertebral

MGW MGW

VMSC servidorGMSC servidor

IP / ATM BackboneDominio CS

Dominio PS

Backbone IP

Dominio IMS

P-CSCFS-CSCF

PSTN / PLMN

Internet,Intranet

Área de servicio (SA)

PLMN service area

......

Área de Servicio

Área de servicio del MSC

Área de ubicación

Área de servicio de PLMN

Área de Servicio del MSC

Área de ubicación (LA)

Celda (CID)

Área de servicio de PLMN

El LAI es el código internacional del área de ubicación.

MCC: Código de País Móvil (Mobile Country Code). Está compuesto por tres dígitos. Ej.: El MCC de Venezuela es “734"MNC: Código de Red Móvil (Mobile Network Code). Está compuesto por 2 dígitos. Ej.: El MNC de Digitel es “02”, Movistar “04”, y Movilnet “06” LAC: Código de Área de Ubicación (Location Area Code). Es un código hexadecimal de dos bytes. Los valores 0000 y FFFF no son válidos. Por ejemplo: 734-02-0011

Identificación de Área de Ubicación

MCC MNC LAC

LAI – Location Area Identification

La CGI es una identificación internacional única de celdas

El formato que se utiliza es LAI+CI

LAI: Identificación de Área de Ubicación

CI: Identificación de Celda. Este código utiliza un código

hexadecimal de dos bytes para identificar las celdas dentro

de la LAI.

Por ejemplo: 734-02-0011-0001

CGI: Identificación Global de Celda

CGI – Cell Global Identification

CELDA 1 / CI: 0001 CELDA 0/ CI: 0000

CELDA 2 / CI: 0002

NCC (PLMN network color code) Network Color Code: Código de color de la red PLMN. Está compuesto por 3 bits. Permite distinguir varias PLMN cercanas.

BCC (BTS Color Code): Código de Color de BTS. Está compuesto por 3 bits. Se utiliza este código para distinguir diferentes celdas asignadas con la misma frecuencia.

BSIC - Base Station Identification Color Code

NCC (3bits) BCC (3bits)

NCC=101BCC=100

BCC=101

BCC=001NCC=100BCC=001

BCC=010

BCC=101

PLMN 0 PLMN 1

CC: Código de País. Por ejemplo: El Código de país de Venezuela es “58"

NDC: Código Nacional de Destino. Por ejemplo: El Código Nacional de Destino de Digitel es 412, de Movistar 414/424, y de Movilnet 416/426

SN: Número de Abonado. Formato: H0 H1 H2 H3 ABCDEjemplo: 58-412-2305327

CC NDC SN

Número Móvil Nacional

Número Móvil ISDN Internacional

MSISDN - MS International PSTN/ISDN Number

MCC: Código de País Móvil. Está compuesto por 3 dígitos. Por ejemplo: El MCC de China es "460“MNC: Código de Red Móvil. Está compuesto por 2 dígitos. Por ejemplo: El MNC de China Telecom es "00“MSIN: Número de Identificación de Abonado Móvil. H1H2H3 ABCDEF Por ejemplo: 666-9777001NMSI: Identificación de Abonado Móvil Nacional. Está formada por el MNC y el MSIN Ejemplo de IMSI: 460-00-666-9777001

Máximo 15 dígitos

3 dígitos 2 dígitos

MCC MNC MSIN

IMSI – International Mobile Subscriber Indentity

Se asigna el TMSI una vez efectuada la autenticación del

abonado con éxito. El VLR controla la asignación de nuevos números de TMSI y le

informa al HLR. Se utiliza la Identificación Temporal de Abonado Móvil para

asegurar que la identidad del abonado no sea divulgada en la

interfaz de aire. La TMSI está compuesta por 4 bytes (8 números

hexadecimales) y es determinada por el operador.

TMSI - Temporary Mobile Subscriber Identification

TMSI: Identificación Temporal de Abonado Móvil

IMEI - International Mobile Station Equipment Identification

TAC FAC SNR SP

IMEI: Identiifcación Internacional del Terminal MS

TAC: Type Approval Code, 6 bit. Determinado por el Type Approval CenterFAC: Final Assembly Code. 2 bit. Determinado por el fabricanteSNR: Serial Number. 6 bits. Asignado por el fabricante del MSSP: 1 bit. No utilizado.

Ver el IMEI de su MS: *#06#

TAC: Type Approval Code, 6 bit. Determinado por el Type Approval CenterFAC: Final Assembly Code. 2 bit. Determinado por el fabricanteSNR: Serial Number. 6 bits. Asignado por el fabricante del MSSP: 1 bit. No utilizado.

Ver el IMEI de su MS: *#06#

Control de potencia

La potencia de Uplink y de Downlink pueden ser controladas independientemente

BCCH -------

No obedece Power control

Propósitos del Control de Potencia

Efectos de control de potencia del enlace de subida• Superar el efecto Near Far, disminuir la interferencia intra-

frecuencia, aumentar la capacidad de enlace de subida

• Ahorrar potencia de transmisión en el UE

Propósitos de enlace de bajada de control de potencia• Salvaguardar el recurso de energía celular, aumentar la capacidad

del enlace de bajada

• Disminuir la interferencia entre celdas

Principio de control de potencia• Establecer la mínima necesaria, no la máxima posible

Propósitos de Handover

¿Por qué se necesita un sistema de traspaso de

móvil?

• Movilidad del usuario

• Balanceo de la carga

• Estructura jerárquica de las celdas

Hard Handover (WCDMA y GSM)

Antes del Handover Después de Handover

El radio enlace no existe simultáneamente

SRNC / BSC

NodoB/ BTSNodoB/ BTS

SRNC / BSC

NodoB/ BTSNodoB/ BTS

Conceptos sobre la transferencia blanda (soft handover, WCDMA)

Soft Handover (transferencia blanda): las señales de

los NodeB diferentes se fusionan en la RNC

Softer handover (traspaso mas blando): las señales de

diferentes celdas, pero desde el mismo NodeB se

fusionan en el NodeB

Flujo de la transferencia blanda (soft Handover) (Intra-RNC)

Antes de la entrega Después de Handover

NodoBNodoB

Durante el Handover

CNCN CN

Flujo Soft Handover

RNC (SRNC)

AirBridge

Core Network

Nodo B

Flujo Soft Handover

RNC (SRNC)

AirBridge

Fusionada en el Nodo B

Core Network

Nodo B

Flujo Soft Handover

Fusionada en la RNC

RNC (SRNC)

AirBridge

Core Network

Nodo B

Flujo Soft Handover (SRNC-DRNC)

Fusionada en SRNC

Nodo B

AirBridge

Serving RNC

Drift RNC

Core Network

Flujo Soft Handover (Reubicación SRNC)

Nodo B

AirBridge

Serving RNC

Core Network

Contenido

Estación móvil (MS)

Identificación Internacional del Terminal Móvil (IMEI)

– Terminal Móvil

Identificación Internacional del Abonado Móvil (IMSI)

– Módulo de Identificación de Abonado

MS = ME + SIM CARD

Módulo de Identificación de Abonado (SIM)

Información permanente Identificación Internacional del Abonado Móvil

(IMSI)

• Clave de Autenticación de Abonado (Ki)

• Información temporal• Identificación Temporal de Abonado Móvil (TMSI)

• Identificación del Área de Ubicación (LAI)

Base Tranceiver Station (BTS)

Transmisión Radio

Intercambio de

señalización entre los

móviles y la

infraestructura (LAPD

Intercambio de

señalización entre la

BTS y la BSC (LAPD)

BTS 3012AE Huawei

Base Station Controller (BSC)

• Es el órgano inteligente del

• Tiene por función principal

gestionar los recursos

• Es un conmutador que

realiza la interconexión

hacia el MSC

BSC6000 Huawei

Packet Control Unit (PCU)

• Segmenta y reensambla

las PDU

• Gestiona la jerarquía de

transmisión y la

arquitectura de los

canales de datosPCU6000 Huawei

Radio Network Controller (RNC)

BBU3900 Huawei

BSC6900 Huawei

Mobile-service Switching Center – MSC Home Location Register – HLR Visitor Location Register – VLR Equipment Identity Register – EIR Authentication Center – AUC Echo Canceller – EC

AUCAUCHLRHLR

MSC/VLRMSC/VLR

EIREIROMC

Subsistema de Conmutación de Red (NSS)

Mobile-service Switching Center – MSC

Procesamiento de llamadas

Soporte O&M

Gestión de las interfaces

Inter-network & Inter-working

Tasación / Facturación

Home Location Register – HLR

Base de datos de SubscriberID (IMSI y MSISDN)

Identificación del VLR actual (current location)

Información de servicios suplementarios

Status del suscriptor

Authentication key y funcionalidad AuC

Visitor Location Register – VLR

Status del MS (IMSI attached/detached/busy/idle, etc.)

Location Area Identity (LAI)

Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI)

Asignación del Roaming Number

Se chequea el IMEI en el White List

Se chequea el IMEI en las Black/Grey List

Si no,

El EIR se refiere al equipo, no al usuarioEquipment Identity Register – EIR

Lista blanca

Lista negra

Lista gris

Centro de Operación y Mantenimiento (OMC)

Gestión de Eventos / Alarmas

Gestión deSeguridad

Gestión de Configuraciones

Gestión de Performance

Gestión de Fallas

Contenido

Canal Físico y Canal lógico

• Ráfaga de acceso (Access Burst)(AB): Se utiliza en acceso inicial MS

• Ráfaga de corrección de frecuencia (Frequency correction burst )(FB): Se utiliza en la sincronización de frecuencia de entre la MS y la BTS

• Ráfaga síncrona (Synchronous burst ) (SB): Se utiliza en la sincronización de tiempo entre MS y la BTS

3bit 39 encrypted bits

39 encrypted bits

3bit 8.25bit

Tail bit Tail bit Guard intervalDataData

64 synchronous bits

Guard interval

3bit 142bit 3bit 8.25bit

Tail bit Tail bitData

8bit 41 synchronous bits

36 encrypted bits

3bit 68.25bit

Tail bit Tail bit Guard intervalData

Ráfaga normal (Normal Burst)(NB)

Se utiliza para transportar la información del canal de tráfico y el canal de

control, excepto para RACH

Ráfaga Simulada (Dummy burst) (DB)

Utilizado en la transmisión de tramas de relleno por BTS en intervalos de

tiempo cuando no hay información a entregar

3bit 142 modulation bits 3bit 8.25bit

Tail bit Tail bit Guard interval

3bit 57 encrypted bits 57 encrypted bits 3bit 8.25bit

Tail bit Tail bit Guard intervalDataData

26bit1 1

Training sequence

Frame stealing flag

CanalComún

TCH / F

TCH / H

CanalDedicado

Canal logico de enlace de bajada

RACH CCCH

CanalComún

TCH / F

TCH / H

CanalDedicado

Canal lógico de enlace de subida

El uso de canales lógicos

FCCHEncendido

Asignar canal de señalización

Buscar ráfaga de corrección de frecuencia

Buscar ráfaga sincrónica

Escuche la información del sistema

Controlar mensaje de búsqueda

Enviar ráfaga de acceso

Establecer la convocatoria

Asignar canal de voz

Conversación

Liberacion de la llamada

Modo de espera

Modo dedicado

Modo de espera

Relación entre canales (WCDMA, GSM)

Logical channels Transport channels Physical channels

BCCH BCH P-CCPCH

FACH S-CCPCH

PCCH PCH S-CCPCH

CCCH RACH

FACH S-CCPCH

CTCH FACH S-CCPCH

DCCH, DTCH DCH DPDCH

HS-DSCH HS-PDSCH

RACH, FACH PRACH, S-CCPCH

Contenido

Resumen

En este curso hemos aprendido:• Visión de conjunto de los principios de la red móvil

• Elementos, equipos e interfaces GSM y WCDMA

• Canales GSM y WCDMA

• Procedimientos generales de señalización GSM

• Flujo de llamadas GSM

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2. Fundamentos de Redes Móviles - Wireless

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